專(zhuān)利名稱(chēng)：可在絕對(duì)位置傳感器中使用的改進(jìn)的定標(biāo)結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕對(duì)位置光學(xué)位移檢測(cè)裝置。
(2)背景技術(shù)絕對(duì)位置編碼器使用一種標(biāo)度結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)允許相對(duì)于標(biāo)度確定讀出頭的位置而不需要沿標(biāo)度的給定起始點(diǎn)的任何參考。已知多種絕對(duì)位置編碼器，它們使用沿標(biāo)度的多個(gè)信息軌跡。
在許多傳統(tǒng)的電容性和電感性絕對(duì)位置編碼器中，標(biāo)度結(jié)構(gòu)包括具有不同周期空間波長(zhǎng)的兩個(gè)或多個(gè)軌跡的組合，在有限距離內(nèi)唯一地識(shí)別讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的位置。美國(guó)專(zhuān)利5,886,519揭示了這種電感性絕對(duì)位置編碼器的一個(gè)
519專(zhuān)利還揭示一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例包括具有感測(cè)元件的周期性空間布局的軌跡以及分立的、代碼、軌跡，它包括安排成偽隨機(jī)序列的一系列感測(cè)元件。尤其，對(duì)于位于讀出頭傳感器元件的范圍內(nèi)的這種代碼軌跡的感測(cè)元件的任何子集，感測(cè)元件形成唯一的二進(jìn)制、三進(jìn)制或更高模數(shù)代碼字，所述代碼字唯一地識(shí)別相對(duì)于第一分辨率標(biāo)度的讀出頭位置，而具有周期性空間布局的軌跡識(shí)別相對(duì)于較精確分辨率標(biāo)度的讀出頭位置。
與此類(lèi)似，許多傳統(tǒng)光學(xué)位置編碼器使用沿標(biāo)度的多個(gè)信息軌跡，其中，對(duì)于沿標(biāo)度的每個(gè)“位置”，代碼軌跡或代碼軌跡的組合定義一個(gè)唯一的值，該值唯一地識(shí)別沿標(biāo)度的位置。通常，還使用一些方法，這些方法確定周期性軌跡相對(duì)于讀出頭的位置，位置的分辨率小于一個(gè)或多個(gè)代碼軌跡單獨(dú)提供的分辨率。美國(guó)專(zhuān)利3,882,482、5,965,879以及5,279,044揭示了這種多代碼軌跡光學(xué)編碼器，在此引用作為參考。
美國(guó)專(zhuān)利4,631,519以及044專(zhuān)利揭示光學(xué)絕對(duì)位置編碼器的實(shí)施例，這些實(shí)施例把以前提到的代碼軌跡功能和周期性軌跡功能組合成單個(gè)經(jīng)組合的軌跡。在這些實(shí)施例中，沿軌跡非周期性地安排代碼元件，但是安置每個(gè)單獨(dú)的代碼元件使之與下面的連續(xù)的周期性網(wǎng)格對(duì)準(zhǔn)。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定上述光編碼器配置具有許多缺點(diǎn)。多個(gè)軌跡的缺點(diǎn)包括需要過(guò)分大尺寸的讀出頭、過(guò)分寬的標(biāo)度以及在至少某些軌跡中的較差的“信息密度”。相反，如果把多個(gè)軌跡配置做得較窄，則發(fā)生較敏感于靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)安裝對(duì)不準(zhǔn)和/或需要更復(fù)雜的讀出頭檢測(cè)或信號(hào)處理。以前組合的軌跡光學(xué)編碼器還具有許多缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)包括如果要求高分辨率則標(biāo)度長(zhǎng)度有限，如果要求較長(zhǎng)的標(biāo)度長(zhǎng)度，則分辨率相當(dāng)?shù)停?或與使用周期性安排的單元軌跡相比，需要更復(fù)雜的讀出頭檢測(cè)或信號(hào)處理來(lái)得到速度、正確度和分辨率。此外，制造具有代碼單元序列的標(biāo)度是相當(dāng)昂貴的，所述代碼單元序列沿標(biāo)度任何地方都是唯一的，但必須與下面連續(xù)的周期性網(wǎng)格精確地對(duì)準(zhǔn)，以便提供正確的和高分辨率的絕對(duì)測(cè)量值?？梢苑乐惯@些缺點(diǎn)中的任何一個(gè)或多個(gè)的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器將是有用的。
本發(fā)明提供具有相當(dāng)小的讀出頭尺寸和/或相當(dāng)窄的標(biāo)度寬度的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器。
本發(fā)明還提供光學(xué)絕對(duì)位置編碼器，所述光學(xué)絕對(duì)位置編碼器通過(guò)使用組合周期性和代碼結(jié)構(gòu)兩者的經(jīng)組合標(biāo)度軌跡來(lái)減小讀出頭尺寸和/或標(biāo)度的寬度。
本發(fā)明獨(dú)立地提供光學(xué)絕對(duì)位置編碼器，所述光學(xué)絕對(duì)位置編碼器對(duì)于在橫切測(cè)量軸的方向上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤對(duì)準(zhǔn)相當(dāng)不敏感。
本發(fā)明獨(dú)立地提供具有長(zhǎng)的標(biāo)度長(zhǎng)度和高分辨率兩者的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器。
本發(fā)明還提供光學(xué)絕對(duì)位置編碼器，它通過(guò)使用經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡而得到長(zhǎng)的標(biāo)度長(zhǎng)度和高分辨率，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括允許長(zhǎng)標(biāo)度長(zhǎng)度的代碼部分以及允許以高分辨率確定讀出頭和標(biāo)度之間的相對(duì)位置的周期性部分。
本發(fā)明獨(dú)立地提供光學(xué)絕對(duì)位置編碼器的一種標(biāo)度，它具有包括代碼部分和周期性部分兩者的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡。
本發(fā)明還提供具有經(jīng)組合標(biāo)度軌跡的一種標(biāo)度，其中，沿標(biāo)度的長(zhǎng)度輪流出現(xiàn)代碼部分和周期性部分。
本發(fā)明另外還提供一種標(biāo)度軌跡，其中，沿標(biāo)度輪流出現(xiàn)的代碼部分和周期性部分是相互接近的。
本發(fā)明獨(dú)立地提供一些方法，用于確定光學(xué)絕對(duì)位置編碼器的讀出頭相對(duì)于來(lái)自經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的圖象的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器的一種標(biāo)度的絕對(duì)位置，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括非周期性部分和周期性部分兩者。
本發(fā)明還提供一些方法，用于通過(guò)對(duì)出現(xiàn)在標(biāo)度的圖象中的代碼部分定位和根據(jù)在經(jīng)定位的代碼部分中出現(xiàn)的代碼來(lái)確定第一分辨率相對(duì)位置而確定讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的絕對(duì)位置。
本發(fā)明另外還提供一些方法，用于通過(guò)對(duì)出現(xiàn)在標(biāo)度的圖象中的預(yù)定部分定位和根據(jù)標(biāo)度的圖象中的預(yù)定部分的定位確定第二分辨率相對(duì)位置而確定讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的絕對(duì)位置。
本發(fā)明還提供一些方法，用于通過(guò)確定在出現(xiàn)在圖象中的周期性部分和周期性參考結(jié)構(gòu)之間的偏移距離和根據(jù)偏移距離確定第三分辨率相對(duì)位置而確定讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的絕對(duì)位置。
在根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)度的各種示例實(shí)施例中，所述標(biāo)度包括沿測(cè)量軸延伸的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡。經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括沿測(cè)量軸設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)周期性部分，其中，每個(gè)周期性部分具有多個(gè)周期性單元。經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡還包括設(shè)置在周期性部分之間的非周期性代碼部分。每個(gè)非周期性代碼部分是代碼單元的唯一的一個(gè)集或一組，因此識(shí)別沿標(biāo)度的特定位置。在各種示例實(shí)施例中，每個(gè)非周期性代碼部分包括沿測(cè)量軸延伸的一個(gè)預(yù)定部分。預(yù)定部分可以是具有預(yù)定特征的單個(gè)單元或空間，或是預(yù)定型式的單元。在各種其它示例實(shí)施例中，在非周期性代碼部分的標(biāo)度上接近一端處，或甚至在兩端上，提供沿測(cè)量軸延伸的預(yù)定部分。在任何情況下，這個(gè)預(yù)定部分允許從標(biāo)度的代碼部分產(chǎn)生的讀出頭信號(hào)可以快速地與從標(biāo)度的其它部分產(chǎn)生的讀出頭信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。
在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，沿標(biāo)度設(shè)置周期性標(biāo)度單元使之符合下面的增量間隔，所述增量間隔是連續(xù)的，而且在周期性部分之間在空間上是同步的，即使非周期性代碼部分中斷了沿測(cè)量軸的周期性單元的連續(xù)性。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，在沿測(cè)量軸的方向上，非周期性代碼部分的至少某些個(gè)別的代碼單元要比周期性標(biāo)度單元窄。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，通過(guò)讀出頭的檢測(cè)器陣列的維數(shù)和讀出頭施加于標(biāo)度圖象的放大倍數(shù)，一組代碼單元與相鄰的一組代碼單元的間隔可以達(dá)到預(yù)定的極限。
在各種示例實(shí)施例中，有效的每一組代碼單元表示局部數(shù)據(jù)特征的位置或測(cè)量值，以提供粗分辨率絕對(duì)位置值。局部數(shù)據(jù)特征與多個(gè)周期性標(biāo)度單元相關(guān)聯(lián)。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，讀出頭的檢測(cè)器陣列進(jìn)一步以比周期性標(biāo)度單元的周期還要精細(xì)的更高分辨率來(lái)確定局部數(shù)據(jù)特征相對(duì)于檢測(cè)器陣列的位置。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，讀出頭的檢測(cè)器陣列還確定至少某些周期性標(biāo)度單元相對(duì)于檢測(cè)器陣列和/或讀出頭的位置，以提供最高分辨率的絕對(duì)位置測(cè)量值。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，選擇檢測(cè)器陣列間隔，致使對(duì)于通過(guò)陣列成象的每個(gè)周期性標(biāo)度單元存在多個(gè)檢測(cè)器單元。在各種示例實(shí)施例中，選擇檢測(cè)器陣列間隔，致使對(duì)于通過(guò)陣列成象的每個(gè)代碼單元存在多個(gè)檢測(cè)器單元。
在根據(jù)本發(fā)明的絕對(duì)標(biāo)度的各種示例實(shí)施例中，一些代碼單元組形成沿標(biāo)度的序列代碼字。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，序列代碼字直接表示沿標(biāo)度的對(duì)應(yīng)位置。在根據(jù)本發(fā)明的各種其它示例實(shí)施例中，使用解碼器查找表把序列代碼字轉(zhuǎn)換成絕對(duì)位置測(cè)量值。
在根據(jù)本發(fā)明的各種示例實(shí)施例的下列詳細(xì)說(shuō)明中描述，并能從其中明白，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
(4)


將參考下列附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)位置傳感器的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明漫反射標(biāo)度的一個(gè)示例實(shí)施例的側(cè)視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一般組合絕對(duì)標(biāo)度的第一示例實(shí)施例；圖4示出圖3所示一般組合絕對(duì)標(biāo)度的一個(gè)特定示例實(shí)施例中的一部分；圖5是曲線圖，示出周期性當(dāng)前圖象和參考圖象的相關(guān)函數(shù)結(jié)果；
圖6是流程圖，概括一種方法的一個(gè)示例實(shí)施例，所述方法用于確定讀出頭相對(duì)于圖4所示的組合絕對(duì)標(biāo)度的絕對(duì)位置；圖7是流程圖，更詳細(xì)地概括了一種方法的一個(gè)示例實(shí)施例，所述方法用于對(duì)出現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明得到的圖象中的非周期性部分進(jìn)行識(shí)別和定位；圖8是流程圖，更詳細(xì)地概括一種方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法基于根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)軌跡絕對(duì)標(biāo)度的代碼部分來(lái)確定讀出頭對(duì)于組合絕對(duì)標(biāo)度的第一分辨率的絕對(duì)位置；以及圖9是方框圖，更詳細(xì)地概括圖1的信號(hào)產(chǎn)生和處理電路的一個(gè)實(shí)施例，可用于從根據(jù)本發(fā)明的組合絕對(duì)標(biāo)度得到絕對(duì)位置測(cè)量值。
(5)具體實(shí)施方式
圖1是可與根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度一起使用以產(chǎn)生絕對(duì)位置測(cè)量值的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器100的方框圖。圖1所示的光學(xué)絕對(duì)位置編碼器100包括讀出頭126、信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200以及標(biāo)度110。標(biāo)度110包括組合標(biāo)度軌跡300。在圖1中，用一般相當(dāng)于示例物理配置的外形示地示出讀出頭126的部件以及它們與標(biāo)度110和組合標(biāo)度軌跡300的關(guān)系，如下更詳細(xì)地描述。
具體說(shuō)來(lái)，把標(biāo)度110置于接近讀出頭126的照明和接收端處，致使當(dāng)通過(guò)光源130從讀出頭126的該端輻射的光照射標(biāo)度110時(shí)，通過(guò)標(biāo)度110上的組合標(biāo)度軌跡300選擇輻射光使之向放置在讀出頭126的該端處的圖象接收光學(xué)單元反射。放置標(biāo)度110使之離開(kāi)光源130以及容納在讀出頭126中的光學(xué)系統(tǒng)的距離一般保持不變。標(biāo)度110沿相對(duì)運(yùn)動(dòng)軸(諸如測(cè)量軸方向112，如圖1所示)相對(duì)于讀出頭126移動(dòng)。一般，相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制，例如，諸如通過(guò)安裝在框架上的傳統(tǒng)的導(dǎo)軌或軸承(未示出)來(lái)保持讀出頭126和標(biāo)度110之間正確的相對(duì)位置。讀出頭126可以包括對(duì)準(zhǔn)特征(未示出)，所述對(duì)準(zhǔn)特征有助于讀出頭126的安裝，以及有助于相對(duì)于安裝框架和/或標(biāo)度110的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期望軸112來(lái)對(duì)準(zhǔn)讀出頭126的內(nèi)部部件。
當(dāng)用光源130提供的光波長(zhǎng)照射時(shí)，標(biāo)度110應(yīng)提供對(duì)比度相當(dāng)高的圖象。在各種示例實(shí)施例中，標(biāo)度110一般是相當(dāng)能反射的部件，它具有漫反射表面，在所述表面上形成相對(duì)不能反射的標(biāo)度單元。應(yīng)該理解，通過(guò)任何已知的或最新開(kāi)發(fā)的材料和/或結(jié)構(gòu)可以得到標(biāo)度110的相當(dāng)高的反射率。例如，標(biāo)度110可以具有合適的漫反射的表面紋理，由諸如金屬或玻璃，或諸如聚酯薄膜等的聚合物之類(lèi)相對(duì)能反射的材料構(gòu)成。通過(guò)涂覆標(biāo)度110的表面，通過(guò)對(duì)標(biāo)度110表面進(jìn)行不同處理來(lái)降低形成標(biāo)度110的材料的反射率，通過(guò)在標(biāo)度110的表面上選擇地沉積相對(duì)不能反射的材料或等等可以形成相對(duì)不能反射的標(biāo)度單元。
在各種其它示例實(shí)施例中，相對(duì)不能反射的材料構(gòu)成標(biāo)度110，而具有合適漫反射的表面紋理的相對(duì)能反射的材料構(gòu)成標(biāo)度單元。應(yīng)該理解，在這種情況下，根據(jù)材料可以改變標(biāo)度110的相對(duì)不能反射，所述材料是通過(guò)對(duì)標(biāo)度110的表面進(jìn)行涂覆或其它處理，或使用任何已知或最新開(kāi)發(fā)的過(guò)程，在沿標(biāo)度110的適當(dāng)?shù)奈恢弥羞x擇地降低和/或增加反射率而形成的。應(yīng)該理解，在各種實(shí)施例中，標(biāo)度110可以有更多或更少的鏡面表面部分。然而，對(duì)于這種標(biāo)度，圖象對(duì)比度和/或強(qiáng)度對(duì)于調(diào)整變量和/或標(biāo)度上的表面雜質(zhì)將展現(xiàn)更敏感，這可能降低絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的耐用性和測(cè)量正確度。還應(yīng)該理解，在各種其它示例實(shí)施例中，標(biāo)度110和/或在標(biāo)度110上形成的表面單元可以包括顏色，所述顏色增強(qiáng)了通過(guò)光檢測(cè)器160檢測(cè)到的標(biāo)度單元和標(biāo)度110的圖象中的其余標(biāo)度之間的對(duì)比度。
如在圖1中所示，接收讀出頭126的圖象接收光學(xué)單元包括放置于讀出頭組件106的照射和接收端處的透鏡140，致使透鏡140的光軸144一般對(duì)準(zhǔn)標(biāo)度110的照射區(qū)。在圖1所示的實(shí)施例中，讀出頭126進(jìn)一步包括針孔孔徑板150，它沿光軸144與透鏡140的間距與透鏡140的焦距重合，而光檢測(cè)器160沿光軸144與孔徑板150隔開(kāi)，如在圖1中所示。這種遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)使光檢測(cè)器160上的組合標(biāo)度軌跡300的圖象的放大近似地與從透鏡140到組合標(biāo)度軌跡300的物體距離g有關(guān)。
在各種實(shí)施例中，例如，如果諸如通過(guò)正確的軸承等對(duì)物體距離g控制得足夠好，則可以省略孔徑板150。光檢測(cè)器160可以是任何已知的或最新開(kāi)發(fā)的光敏材料或可以組成獨(dú)立的和單獨(dú)的光敏元件的陣列的裝置，諸如照相機(jī)、電子或數(shù)字照相機(jī)、CMOS光敏元件的CCD陣列等等。
下面進(jìn)一步描述標(biāo)度110和讀出頭126，包括透鏡140、孔徑板150以及光檢測(cè)器160，的示例的間隔和位置。如果按照精確和不變的方式來(lái)安裝部件，則可以根據(jù)小型光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和/或工業(yè)照相機(jī)結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法來(lái)完成光源130、透鏡140、孔徑板150和光檢測(cè)器160在讀出頭126的外殼中的安裝。
當(dāng)合適地使讀出頭126放置在標(biāo)度110的鄰近處時(shí)，光檢測(cè)器160捕獲的每個(gè)圖象將包含組合標(biāo)度軌跡300的一部分。
光檢測(cè)器160具有圖象單元162的陣列166，所述圖象單元162沿至少一個(gè)軸按已知的間隔隔開(kāi)。已知間隔提供測(cè)量投射到光檢測(cè)器160上的兩個(gè)相似圖象之間、或投射到光檢測(cè)器160上的一個(gè)圖象和一般相應(yīng)于所得到圖象的合成圖象之間的位移或偏移的基礎(chǔ)。因此，已知間隔還提供測(cè)量組合標(biāo)度軌跡300的圖象位移的基礎(chǔ)，其分辨率象已知間隔一樣精確或更精確。
此外，讀出頭126包括至少一部分信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200。如在圖1中所示，來(lái)自信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200的信號(hào)線132連接到光源130，以控制和/或驅(qū)動(dòng)光源130。信號(hào)線164連接光檢測(cè)器160和信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200。尤其，可以對(duì)陣列166的每個(gè)圖象單元162獨(dú)立地尋址，在信號(hào)線164上把表示該圖象單元162上的光強(qiáng)度的值輸出到信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200。可以把信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200的另外部分放置在遠(yuǎn)離讀出頭126處，可以在遠(yuǎn)處操作和顯示讀出頭126的功能。下面相對(duì)于圖9更詳細(xì)地描述信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200。
如在圖1中所示，光源130輻射光束134，并引導(dǎo)到標(biāo)度110攜帶的組合標(biāo)度軌跡300上，使之照射組合標(biāo)度軌跡300的一部分。結(jié)果，根據(jù)在組合標(biāo)度軌跡300的經(jīng)照射部分出現(xiàn)的組合標(biāo)度軌跡300的圖案，組合標(biāo)度軌跡300在光軸144的周?chē)x擇地反射光136。
當(dāng)光束134的照射角傾斜時(shí)，入射光束134和光軸144之間的夾角可以是如此的，致使讀出頭126檢測(cè)到從標(biāo)度110上的相當(dāng)鏡面化的表面反射的、入射在相當(dāng)鏡面化的表面現(xiàn)場(chǎng)的光。在該情況中，在各種示例實(shí)施例中，如果在檢測(cè)到的圖象中，打算提供相當(dāng)高強(qiáng)度的標(biāo)度110的一些部分是制造得相當(dāng)散射以提供接收照射的相當(dāng)散射的表面部分，則這是有用的。在各種示例實(shí)施例中，由于散射表面的加工或材料特征，散射表面部分可以是相當(dāng)散射的，或可以通過(guò)施加散射涂層或表面紋理而把它們制造得相當(dāng)散射，或之類(lèi)的情況。由于這些散射表面部分的散射特性，它們至少再引導(dǎo)某些沿光軸144傾斜地接收到的光。既然是這樣，散射表面部分將趨向于更亮和/或比沒(méi)有把它們制造得相當(dāng)散射時(shí)提供更高的圖象對(duì)比度。
在一個(gè)實(shí)施例中，散射表面部分是標(biāo)度單元。在某些如此的實(shí)施例中，圍繞標(biāo)度單元的區(qū)域是鏡面反射的。在其它示例實(shí)施例中，散射部分位于圍繞相當(dāng)暗和/或鏡面反射標(biāo)度單元的區(qū)域中。
圖2示出標(biāo)度110的一部分的一個(gè)示例實(shí)施例的側(cè)視圖，當(dāng)入射光束134和光軸144之間的夾角使得相當(dāng)鏡面的標(biāo)度表面將反射入射在相當(dāng)鏡面的表面上的光時(shí)，這是有用的，即，讀出頭126檢測(cè)到離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)的反射光136。應(yīng)該理解，為了說(shuō)明的目的，在圖2中，標(biāo)度單元116的大小和在垂直方向上的間隔119是經(jīng)過(guò)較大夸大的。在各種示例實(shí)施例中，一般在標(biāo)度110的表面上通過(guò)相當(dāng)薄的材料層來(lái)形成標(biāo)度單元116。
如在圖2中所示，在用于形成標(biāo)度110的襯底114的第一表面115上形成標(biāo)度單元116，同時(shí)使標(biāo)度110定向，致使標(biāo)度110的襯底114的第二表面與光束134的源較接近。既然是這樣，襯底114應(yīng)該對(duì)于光束134的至少一個(gè)波長(zhǎng)是透明的。在第一表面115上或與其極接近處形成或提供散射背襯118，致使散射背襯118在標(biāo)度單元116之間的間隔119中提供漫反射表面。散射背襯或涂層118漫反射光束134的至少某些入射光作為沿光軸144的光136。
在一個(gè)示例實(shí)施例中，散射背襯118是漫反射的涂層型背襯118A，它是噴涂的涂層，涂覆標(biāo)度單元116之間的間隔119中的表面115。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，散射背襯118是漫反射的襯底型背襯118B，它盡可能地靠近表面115，并反射標(biāo)度單元116之間的間隔119中的光束134。在各種示例實(shí)施例中，提供襯底型背襯118B作為保持標(biāo)度110的安裝部件的表面。
應(yīng)該理解，圖2中示出的標(biāo)度110的示例實(shí)施例提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)示例實(shí)施例中，標(biāo)度110的制造是方便的，通過(guò)標(biāo)度單元116的邊緣有效地定義標(biāo)度110的散射部分的可操作的延伸和位置。因此，標(biāo)度110的散射部分不要求特殊處理來(lái)控制這些散射部分的延伸或位置。此外，對(duì)于圖2所示的標(biāo)度110的取向，在表面117上的雜質(zhì)將趨向于標(biāo)度的檢測(cè)圖象的焦點(diǎn)范圍之外。此外，通過(guò)靠近表面115的襯底114和/或散射背襯118和/或可能的外部安裝單元來(lái)保護(hù)表面115不受損傷。然而，如上所述，一般可以使用任何標(biāo)度配置或取向，當(dāng)通過(guò)光源130提供的光波長(zhǎng)照射時(shí)，提供根據(jù)本發(fā)明的相當(dāng)高對(duì)比度的標(biāo)度圖象。
然后把來(lái)自組合標(biāo)度軌跡300的被照射部分的、到達(dá)透鏡140的反射光142投射到光檢測(cè)器160上。在各種示例實(shí)施例中，透鏡140可以是具有約3mm直徑和約4.5mm焦距的雙凸透鏡。如上所述，在各種示例實(shí)施例中，光142通過(guò)針孔孔徑板150上的針孔孔徑152。透鏡140與針孔孔徑板150隔開(kāi)的距離等于透鏡140的焦距f，使光檢測(cè)器160上的組合標(biāo)度軌跡300的圖象的放大倍數(shù)大致與物體距離g無(wú)關(guān)。
尤其，當(dāng)使用針孔孔徑板150時(shí)，通過(guò)針孔152的光154接著就沿光軸144投射一個(gè)距離d，投射到光檢測(cè)器160的陣列166的圖象單元162的表面上。對(duì)于這種焦闌配置，組合標(biāo)度軌跡300的圖象特征的放大倍數(shù)因此主要與焦距f和距離d之間的關(guān)系有關(guān)，并且約等于d/f。
更一般地，對(duì)于孔徑相當(dāng)大或省略針孔孔徑板150的配置，放大倍數(shù)將隨物體距離g而變化。既然是這樣，在從組合標(biāo)度軌跡300的被照射部分到圖象單元162的陣列166反射的光的檢測(cè)部分中的圖象特征的近似放大倍數(shù)M為M≈(f+d)/g其中g(shù)是物體距離；f是透鏡140的焦距；以及d是超過(guò)透鏡140的焦距、到陣列166的表面的距離。
在各種示例實(shí)施例中，光學(xué)位置傳感器100的這些參數(shù)的典型值包括g≈4.5mm、f＝4.5mm以及d＝28.35mm。結(jié)果，近似的相應(yīng)放大倍數(shù)M是7.3。應(yīng)該理解，在選擇針孔孔徑152的大小中，在組合標(biāo)度軌跡300的圖象場(chǎng)的深度(即，當(dāng)改變目標(biāo)距離g時(shí)由于讀出頭間隙未對(duì)準(zhǔn)等而引起的圖象模糊的量)和陣列166的強(qiáng)度之間還需要折衷。在一個(gè)示例實(shí)施例中，針孔孔徑152具有0.8mm的直徑。在各種其它示例實(shí)施例中，針孔孔徑152的直徑在0.5和2.0mm之間。在精確計(jì)算放大倍數(shù)有困難的情況下，還應(yīng)該理解，對(duì)于給定的位置編碼器設(shè)計(jì)和指定的操作參數(shù)，還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定有效放大倍數(shù)。
為了得到高分辨率，在標(biāo)度的投影圖象中，周期性部分的周期性標(biāo)度單元的平均尺寸(也稱(chēng)為增量標(biāo)度單元)最實(shí)用的是大于光檢測(cè)器160的圖象單元162的象素間距，即，周期性標(biāo)度單元的尺寸乘以讀出頭提供的投影圖象的放大倍數(shù)最實(shí)用是大于象素間距。此外，在讀出頭126的各種實(shí)施例中，在標(biāo)度的投影圖象中，周期性部分的周期性標(biāo)度單元的平均尺寸約為圖象單元162的象素間距的兩倍到十倍。
為了捕獲圖象，信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200在信號(hào)線132上輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)光源130使之輻射光束134。光束134照射一部分組合標(biāo)度軌跡300，使之成象到光檢測(cè)器160的圖象單元162的陣列166上。然后信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200在信號(hào)線164上輸出多個(gè)信號(hào)部分，每個(gè)信號(hào)部分對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的圖象單元162檢測(cè)到的圖象值。
為了確定讀出頭相對(duì)于組合標(biāo)度軌跡300的當(dāng)前位移，輸出通過(guò)信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200從光檢測(cè)器160接收到的當(dāng)前圖象的信號(hào)部分，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，分析當(dāng)前圖象來(lái)確定讀出頭和標(biāo)度之間的絕對(duì)位置。在各種示例實(shí)施例中，選擇當(dāng)前圖象在相應(yīng)于測(cè)量軸方向112的方向上延伸的圖象單元162的一行，或最多少數(shù)幾行來(lái)進(jìn)行分析。如下更詳細(xì)地描述，分析所選擇的一行或多行，以對(duì)出現(xiàn)在當(dāng)前圖象中的代碼部分進(jìn)行定位。然后對(duì)代碼部分進(jìn)行解碼，以確定經(jīng)定位的代碼部分定義的第一分辨率絕對(duì)位置。然后，相對(duì)于當(dāng)前圖象幀，即，相對(duì)于圖象單元162的陣列166，確定經(jīng)定位的代碼部分的位置，或與經(jīng)定位的代碼部分相關(guān)聯(lián)的預(yù)定部分的位置。
相對(duì)于當(dāng)前圖象幀確定的位置使讀出頭126的絕對(duì)位置精確到第二分辨率，所述讀出頭126的絕對(duì)位置是相對(duì)于來(lái)自通過(guò)經(jīng)解碼的代碼部分表示的第一分辨率的標(biāo)度軌跡300的。在各種示例實(shí)施例中，所述第二分辨率是象素分辨率，并且相應(yīng)于真的象素分辨率，即，這個(gè)分辨率是使絕對(duì)位置測(cè)量值的不確定性降低到相應(yīng)于讀出頭126提供的放大倍數(shù)而且不大于陣列166的一到兩個(gè)象素間距增量的一個(gè)分辨率。然而，更一般地說(shuō)，第二分辨率使標(biāo)度相對(duì)于讀出頭126的定位在組合標(biāo)度軌跡300的周期性部分的長(zhǎng)度p的特定周期范圍內(nèi)。組合標(biāo)度軌跡300的周期性部分的特征周期p，也稱(chēng)之為增量間距，在長(zhǎng)度上等于周期性地放置的增量標(biāo)度單元和相鄰間隔中之一。
然后，在一個(gè)象素一個(gè)象素的基礎(chǔ)上對(duì)至少一部分當(dāng)前圖象和許多偏移位置中的每一個(gè)偏移位置的參考圖象進(jìn)行比較，以確定讀出頭對(duì)于標(biāo)度的、按第三分辨率的絕對(duì)位置。在各種示例實(shí)施例中，第三分辨率相應(yīng)于陣列160上的圖象的子象素分辨率定位。一系列的比較產(chǎn)生至少一個(gè)相關(guān)曲線峰，如在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/731,671中揭示的那樣，這里為了完整性而結(jié)合作為參考。
即，處理參考圖象和當(dāng)前圖象以產(chǎn)生相關(guān)函數(shù)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在偏移范圍上，或在包括偏移(所述偏移導(dǎo)致以前定位的特定周期附近的兩個(gè)圖象的圖案對(duì)準(zhǔn)得最接近)的空間轉(zhuǎn)換位置上，使當(dāng)前圖象相對(duì)于參考圖象進(jìn)行數(shù)字化的偏移。相關(guān)函數(shù)表示圖案的對(duì)準(zhǔn)程度，因此，表示當(dāng)使圖象數(shù)字化地偏移時(shí)使兩個(gè)圖象對(duì)準(zhǔn)所需要的偏移量。然后使用這個(gè)偏移使讀出頭126相對(duì)于標(biāo)度110的絕對(duì)位置從第二分辨率精確到第三分辨率，所述第三分辨率相當(dāng)于大大地小于陣列166的一個(gè)象素間距增量除以讀出頭100提供的放大倍數(shù)。
在各種示例實(shí)施例中，參考圖象是組合標(biāo)度軌跡300的周期性部分的合成圖象。在各種其它示例實(shí)施例中，參考圖象是使用讀出頭126從組合標(biāo)度軌跡300捕獲的代表圖象。
應(yīng)該理解，有許多不同的技術(shù)可用于比較參考圖象和當(dāng)前圖象。例如，在第一示例技術(shù)中，當(dāng)在一個(gè)象素一個(gè)象素的基礎(chǔ)上對(duì)所選擇的一行或多行和參考圖象的整個(gè)幀的寬度進(jìn)行比較以產(chǎn)生多個(gè)相關(guān)值時(shí)，可以使用當(dāng)前圖象的幀的整個(gè)長(zhǎng)度。既然是這樣，對(duì)在和其它參考圖象和位移圖象區(qū)域不重合的參考圖象和當(dāng)前圖象區(qū)域中的那些象素與具有缺省比較值的、或分配缺省比較值等的象素進(jìn)行比較。在其它示例技術(shù)中，比較部分圖象。在每種情況中，在執(zhí)行每次比較之后，通過(guò)使當(dāng)前圖象相對(duì)于參考圖象偏移一個(gè)或多個(gè)象素而產(chǎn)生表示相關(guān)峰的一系列相關(guān)值。
圖3示出標(biāo)度110以及根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡300的第一實(shí)施例300’的方框圖布局。如在圖3中所示，組合標(biāo)度軌跡300’包括多個(gè)周期性部分310以及多個(gè)非周期性部分330。多個(gè)周期性部分310和多個(gè)非周期性部分330共享或組合成單個(gè)標(biāo)度軌跡300，具有沿測(cè)量軸方向112延伸的單個(gè)軌跡寬度350，如在圖3中所示。即，多個(gè)周期性部分310和多個(gè)非周期性部分330中的每一個(gè)以軌跡寬度350充分地向測(cè)量軸方向延伸。在各種示例實(shí)施例中，把部分310和330安排成沿整個(gè)標(biāo)度110長(zhǎng)度的重復(fù)序列。任意地，非周期性部分的某些示例實(shí)施例包括預(yù)定特征320。
應(yīng)該理解，通過(guò)把周期性部分310和非周期性部分330兩者組合成軌跡寬度350，可用檢測(cè)元件檢測(cè)包含在相對(duì)于沿測(cè)量軸方向112的讀出頭126的標(biāo)度110的各個(gè)部分處的周期性部分310和/或非周期性部分330中的信息，所述檢測(cè)元件位于軌跡寬度350中的單個(gè)組合標(biāo)度軌跡300上的任何地方，諸如光檢測(cè)器160的圖象單元162。相反，在橫切測(cè)量軸方向112的方向上，組合標(biāo)度軌跡300和讀出頭126的對(duì)準(zhǔn)是不嚴(yán)格的，這使得設(shè)置方便，并使測(cè)量操作更健全和/或執(zhí)行得更快，如下所述。此外，可以減小標(biāo)度110和讀出頭126的總寬度。
如在圖3中所示，一個(gè)檢測(cè)窗340沿標(biāo)度110伸展，并橫切標(biāo)度110上的組合標(biāo)度軌跡300的至少某個(gè)寬度350，所述檢測(cè)窗340對(duì)應(yīng)于可以通過(guò)光檢測(cè)器160捕獲作為單個(gè)圖象的組合標(biāo)度軌跡300部分。應(yīng)該理解，由于根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡300的配置，橫切組合標(biāo)度軌跡300中測(cè)量軸112的檢測(cè)窗340的寬度是不嚴(yán)格的，由于沿檢測(cè)窗340的測(cè)量軸方向112伸展的圖象單元162的每行實(shí)質(zhì)上包含相同的信息。然而，當(dāng)增加檢測(cè)窗340的寬度使之接近組合標(biāo)度軌跡300’的寬度350時(shí)，一般能提高測(cè)量系統(tǒng)的信噪比。
應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，光檢測(cè)器160的尺寸和讀出頭126的光學(xué)裝置140-152提供的放大倍數(shù)使得結(jié)合了部分310和330沿測(cè)量軸方向112的延伸，檢測(cè)窗340充分地沿測(cè)量軸方向112延伸，保證在檢測(cè)窗340中出現(xiàn)完整的非周期性部分330而與讀出頭126沿標(biāo)度110的位置無(wú)關(guān)。如果檢測(cè)窗340至少為這個(gè)長(zhǎng)度，則相對(duì)于讀出頭126的某些位置導(dǎo)致在檢測(cè)窗340中出現(xiàn)兩個(gè)不完整的非周期性部分330的情況，可大大地簡(jiǎn)化對(duì)完整的非周期性部分330的解碼。
另一方面，近似地如圖3所示，在各種示例實(shí)施例中，檢測(cè)窗340充分地沿測(cè)量軸方向112延伸，可以從排序非周期性部分330的兩個(gè)分立分段“再構(gòu)成”等效于完整非周期性部分330的信息，而不管讀出頭126和標(biāo)度110的相對(duì)位置。為了滿(mǎn)足這種條件，檢測(cè)窗340一般沿測(cè)量軸方向延伸一個(gè)量，所述量等于或稍微大于從標(biāo)度110的一個(gè)非周期性部分330的邊緣到相鄰非周期性部分330的對(duì)應(yīng)邊緣的距離。在讀出頭126的某些位置處，這種檢測(cè)窗340一般還滿(mǎn)足于包括一個(gè)完整的位于中心的非周期性部分330，它至少由比通常包括在周期性部分310中的標(biāo)度單元的數(shù)目要少的周期性部分310的許多完整的標(biāo)度單元所圍繞。
在任何情況中，對(duì)于檢測(cè)窗340的這種延伸，必須按照指定的再構(gòu)成技術(shù)來(lái)選擇排序非周期性部分330的圖案。例如，可以選擇圖案作為排序的二進(jìn)制數(shù)代碼或根據(jù)已知的偽隨機(jī)“鏈”代碼技術(shù)等。應(yīng)該理解，在包括非周期性部分330中的預(yù)定特征320的示例實(shí)施例中，可以簡(jiǎn)化相關(guān)聯(lián)的再構(gòu)成操作和/或進(jìn)行得更健全或更快。
在圖3所示的組合標(biāo)度軌跡300’的第一示例實(shí)施例中，在非周期性部分330的一側(cè)查找預(yù)定特征320。然而，應(yīng)該理解，在各種其它示例實(shí)施例中，在每個(gè)非周期性部分330的兩側(cè)查找預(yù)定特征320。既然是這樣，在非周期性部分330的一端處的預(yù)定特征320可以與在非周期性部分330的另一端處的預(yù)定特征320區(qū)分。在各種其它示例實(shí)施例中，向非周期性部分330的更中心處查找預(yù)定特征320。
預(yù)定部分320可以是任何特征或一些特征的組合，所述一些特征可以可靠地和容易地與周期性部分310和/或非周期性部分330的其它圖案特征區(qū)分。例如，這些特征包括，但是不限于，沿測(cè)量軸方向112具有唯一長(zhǎng)度的亮條或暗條、沿測(cè)量軸方向112的亮條和/或暗條的唯一的圖案、和/或具有唯一顏色或強(qiáng)度的、可通過(guò)光檢測(cè)器160的圖象單元162檢測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)條。在各種示例實(shí)施例中，所有的預(yù)定特征320是相同的。
可以根據(jù)所采用的信號(hào)處理算法而省略預(yù)定特征320。然而，應(yīng)該理解，使用這種預(yù)定特征320可以使所采用的信號(hào)處理算法簡(jiǎn)化，在檢測(cè)窗340中對(duì)非周期性部分330進(jìn)行快速和健全的識(shí)別和定位。
不管是否包括預(yù)定部分320，每個(gè)非周期性部分330包括一個(gè)可區(qū)別的和/或唯一的代碼單元圖案?？蓞^(qū)分的和/或唯一的代碼單元圖案允許確定地判定出現(xiàn)在檢測(cè)窗340中的特定非周期性部分330。由于預(yù)定或可以計(jì)算沿標(biāo)度110的每個(gè)特定非周期性部分330的位置，所以通過(guò)確定該非周期性部分330的代碼單元的特定區(qū)別和/或唯一的圖案而識(shí)別哪個(gè)非周期性部分330出現(xiàn)在檢測(cè)窗340中允許按相似于非周期性部分330之間的間隔的第一分辨率來(lái)粗略地確定檢測(cè)窗340，因此也是讀出頭126，相對(duì)于標(biāo)度110的絕對(duì)位置。
即，當(dāng)可能按高的正確度或精確度已知在標(biāo)度110上給定非周期性部分330相對(duì)于給定原始點(diǎn)的位置時(shí)，根據(jù)簡(jiǎn)單地確定出現(xiàn)在檢測(cè)窗340中的非周期性部分330’的代碼值的操作，不是必須知道非周期性部分330和周期性部分310相對(duì)于檢測(cè)窗340的位置。尤其，部分310和330的位置可以在檢測(cè)窗340中的任何地方。
如上所述，通過(guò)區(qū)別和/或唯一的圖案可以預(yù)先確定對(duì)應(yīng)于任何特定非周期性部分330的測(cè)量值，或可以從區(qū)別和/或唯一的圖案計(jì)算。即，在各種示例實(shí)施例中，把區(qū)別和/或唯一的圖案存儲(chǔ)在查找表中，該查找表還存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于包含該區(qū)別和/或唯一的圖案的非周期性部分330的、在標(biāo)度110上的標(biāo)稱(chēng)位置的測(cè)量值。既然是這樣，在各種示例實(shí)施例中，區(qū)別和/或唯一的圖案可以按任何要求的次序或排序出現(xiàn)，不需要表示在相鄰的非周期性部分330的區(qū)別和/或唯一的圖案之間的關(guān)系。既然是這樣，例如，可以按任何要求的方式在非周期性部分330中分配區(qū)別和/或唯一的圖案，諸如，以增加相鄰非周期性部分的區(qū)別和/或唯一的圖案之間的區(qū)別。
在各種其它示例實(shí)施例中，區(qū)別和/或唯一的圖案可以客觀地對(duì)應(yīng)于以某種方式包含它們的非周期性部分330的位置。然后，可以使用這種對(duì)應(yīng)性直接確定或計(jì)算非周期性部分330沿標(biāo)度110的絕對(duì)位置，因此是檢測(cè)窗340的絕對(duì)位置以及因此是讀出頭126的絕對(duì)位置。在各種示例實(shí)施例中，按沿標(biāo)度110有規(guī)則的間距或間隔來(lái)安排非周期性部分330。特定非周期性部分330的區(qū)別和/或唯一的圖案定義二進(jìn)制數(shù)或較高模數(shù)的數(shù)作為唯一的圖案或代碼字。由沿標(biāo)度110排序的非周期性部分330表示的數(shù)也是排序的。
因此，例如，第一排序非周期性部分330將具有定義數(shù)“1”的區(qū)別和/或唯一的圖案。然后，對(duì)于每個(gè)接著的排序非周期性部分330，可以以1為增量而增加所述數(shù)。在各種示例實(shí)施例中，如果所述數(shù)從1開(kāi)始，并以1為增量而遞增，則當(dāng)使特定數(shù)乘以標(biāo)度110上的非周期性部分330的間距或間隔時(shí)，就知道了非周期性部分330離開(kāi)原始點(diǎn)的絕對(duì)位置。
應(yīng)該理解，當(dāng)使用排序數(shù)或代碼字時(shí)，從在檢測(cè)窗340的左面部分中成象的非周期性部分330的數(shù)或代碼字的尾跡分段和在檢測(cè)窗340的右面部分中成象的非周期性部分330的數(shù)或代碼字的引導(dǎo)分段，可以特別快和容易地再構(gòu)成完整的代碼字。因此，當(dāng)要求檢測(cè)窗340相對(duì)于組合標(biāo)度軌跡300’的跨距是可使用的最小尺寸時(shí)，排序數(shù)或代碼字特別實(shí)用，所述可使用的最小尺寸是比保證在每個(gè)可能的標(biāo)度圖象中包括至少一個(gè)完整的未中斷的非周期性部分330的尺寸還要小的尺寸。當(dāng)然，可以使用更復(fù)雜的和不規(guī)則的構(gòu)成、格式和方法，使區(qū)別和/或唯一的圖案和包含這些區(qū)別和/或唯一的圖案的非周期性部分330的位置有關(guān)。
應(yīng)該理解，雖然在沿測(cè)量值方向伸展的一個(gè)區(qū)域上分配每個(gè)特定的非周期性部分330，但是每個(gè)特定非周期性部分330唯一地對(duì)應(yīng)于或識(shí)別與沿標(biāo)度110的特定點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量值。應(yīng)該理解，對(duì)于沿標(biāo)度(所述標(biāo)度對(duì)應(yīng)于通過(guò)特定非周期性部分310表示的測(cè)量值)的每個(gè)特定點(diǎn)，可以把該點(diǎn)稱(chēng)為本地?cái)?shù)據(jù)。
一般，本地?cái)?shù)據(jù)可以是邊緣、中心或其它任何其它本地化的特征，所述其它任何其它本地化的特征是一個(gè)或多個(gè)特別識(shí)別的、在可以相對(duì)于檢測(cè)窗340定位的標(biāo)度110上的亮條和/或暗條的特征。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明，本地?cái)?shù)據(jù)不必定是必須特別添加到組合標(biāo)度軌跡300中的獨(dú)立的特性或特征。相反地，與組合標(biāo)度軌跡300的圖象相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理可以隱含地選擇和使用組合標(biāo)度軌跡300的任何特別識(shí)別的本地化的特性或特征作為本地?cái)?shù)據(jù)。
在一個(gè)示例實(shí)施例中，方便地選擇本地?cái)?shù)據(jù)作為周期性部分310的條的特征，所述周期性部分310是緊緊鄰近表示與該本地?cái)?shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量值的非周期性部分330的。在又一個(gè)示例實(shí)施例中，方便地選擇本地?cái)?shù)據(jù)作為與表示相關(guān)聯(lián)于該本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值的非周期性部分330相關(guān)聯(lián)的預(yù)定部分320的特征。這種示例實(shí)施例可以簡(jiǎn)化對(duì)檢測(cè)窗340中的本地?cái)?shù)據(jù)快速和健全地進(jìn)行識(shí)別和定位所要求的信號(hào)處理算法。
在已經(jīng)分析而確定第一分辨率絕對(duì)位置的檢測(cè)窗340中出現(xiàn)非周期性部分330之前、期間或之后，可以相對(duì)于檢測(cè)窗340查找本地?cái)?shù)據(jù)。例如，可以根據(jù)施加于與各種圖象單元162相關(guān)聯(lián)的圖象強(qiáng)度值的眾知的邊緣尋找或中心尋找技術(shù)等來(lái)識(shí)別和/或查找本地?cái)?shù)據(jù)。在任何情況中，使用本地?cái)?shù)據(jù)相對(duì)于檢測(cè)窗340的位置來(lái)使絕對(duì)定位的分辨率精確到比以前描述的第一分辨率更精確的第二分辨率。
應(yīng)該理解，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡300，只需要分析在一般相應(yīng)于測(cè)量軸方向112的方向上延伸的圖象單元162的任何一行，或最多任何數(shù)行，就可以按第二分辨率來(lái)確定本地?cái)?shù)據(jù)的位置。因此，相對(duì)于橫切測(cè)量軸方向112的讀出頭126和標(biāo)度110的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)未對(duì)準(zhǔn)，使用根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡300的系統(tǒng)可以得到快速信號(hào)處理，同時(shí)保持非常健全。
一般，可靠、健全和正確地按比周期性部分310的約1/2增量間距更精確的分辨率進(jìn)行第二分辨率定位是必要和充分的，以保證在第二分辨率定位中的不確定性在增量間距的一個(gè)如此的增量之內(nèi)。在這種情況中，根據(jù)檢測(cè)窗340中的周期性部分310的分析，包括進(jìn)一步分辨率精確化的定位將變得不模棱兩可，即使包括在周期性部分310中的一個(gè)周期一般不可與下一個(gè)周期區(qū)分。
還應(yīng)該理解，就投射到光檢測(cè)器160上的標(biāo)度圖象而論，按比光檢測(cè)器160上的周期性部分310的標(biāo)度條的投影圖象間距的約1/2更精確的分辨率相對(duì)于檢測(cè)窗340確定本地?cái)?shù)據(jù)的位置是必要和充分的，以保證本地?cái)?shù)據(jù)位置的不確定性在光檢測(cè)器160上的一個(gè)如此的間距增量之內(nèi)。在各種示例實(shí)施例中，選擇增量間距和透鏡140提供的放大倍數(shù)，致使在光檢測(cè)器160上的周期性部分310的標(biāo)度條的投影圖象間距至少為圖象單元162的象素間距的3倍。因此，需要按不優(yōu)于圖象單元162的約一個(gè)象素間距的分辨率相對(duì)于檢測(cè)窗340確定本地?cái)?shù)據(jù)的位置。
在各種其它示例實(shí)施例中，選擇健全和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)定位技術(shù)，諸如在分辨率等于一個(gè)象素間距或更大時(shí)的邊緣尋找，例如，根據(jù)象素強(qiáng)度值變化。然后，使用預(yù)先考慮的簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)定位技術(shù)，對(duì)于有關(guān)的預(yù)先考慮的標(biāo)度特征和實(shí)際的未對(duì)準(zhǔn)、雜質(zhì)以及等等，確定按照象素間距可得到的本地?cái)?shù)據(jù)位置分辨率，或通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)。最后，選擇用于周期性部分310的增量間距，致使在多種實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件下可得到的本地?cái)?shù)據(jù)位置分辨率不大于光檢測(cè)器160上的周期性部分310的標(biāo)度條投影圖象間距的約八分之三。這種配置實(shí)際健全的，并進(jìn)一步允許簡(jiǎn)單和快速的信號(hào)處理。
可以使用周期性部分310，使相對(duì)于檢測(cè)窗340的絕對(duì)位置標(biāo)度的確定，因此，讀出頭126的確定，精確到第三分辨率。第三分辨率具有比增量間距至少精確數(shù)倍、以及可以更精確數(shù)倍的正確度。第三分辨率相應(yīng)于相對(duì)于檢測(cè)窗340按子象素分辨率來(lái)查找投射的標(biāo)度圖象。
如上參考圖2所述，標(biāo)度110一般包括標(biāo)度單元116和分隔標(biāo)度單元的間隔119。在各種示例實(shí)施例中，周期性部分310具有按照下面增量間距安排的標(biāo)度單元116和間隔119的圖案。一個(gè)增量間距對(duì)應(yīng)于沿一個(gè)標(biāo)度單元116和一個(gè)間隔119的測(cè)量軸的維數(shù)。在各種示例實(shí)施例中，間隔119和單元116沿測(cè)量軸方向112具有相等的維數(shù)，但是它們不是必須相等的。
在各種示例實(shí)施例中，周期性部分310包括根據(jù)下面的增量間距可以包括在周期性部分310中的標(biāo)度單元116和間隔119的最大可能數(shù)目。然而，在各種其它示例實(shí)施例中，在周期性部分310中包括的標(biāo)度單元116少于該最大可能數(shù)目。在仍是其它示例實(shí)施例中，假若“正規(guī)”標(biāo)度單元116的數(shù)目和相對(duì)于下面間距的這種標(biāo)度單元116的布置的正確度足以按子象素分辨率相對(duì)于檢測(cè)窗340確定周期性部分310的投射標(biāo)度圖象的位置，甚至可以把“奇異尺寸”或“錯(cuò)位”的標(biāo)度單元包括在周期性部分310中。
例如，在一個(gè)示例實(shí)施例中，包括在周期性部分310中的“正規(guī)”標(biāo)度單元116的數(shù)目是足以確定相關(guān)曲線的數(shù)目，所述相關(guān)曲線具有表示相當(dāng)好的相關(guān)的峰或谷幅度，如下更詳細(xì)地描述。在各種示例實(shí)施例中，當(dāng)圖象行沿圖象中的測(cè)量軸方向延伸時(shí)，在一個(gè)象素一個(gè)象素的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)相應(yīng)于周期性部分310的當(dāng)前圖象的至少一部分的某些或所有行與包含至少一個(gè)相似的周期性部分的參考圖象進(jìn)行比較，以及通過(guò)使當(dāng)前圖象和參考圖象相互偏移一個(gè)象素以創(chuàng)建每個(gè)比較值，可以創(chuàng)建相關(guān)曲線。
應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙直媛蕦?duì)應(yīng)于一個(gè)象素間距的分辨率時(shí)，創(chuàng)建相關(guān)曲線只是得到子象素分辨率。所結(jié)合的671申請(qǐng)揭示多種方法，用于以高正確度來(lái)確定相關(guān)曲線的峰或直通(through)的象素和/或子象素位置。應(yīng)該理解，可以使用這些技術(shù)中的任何一種、或任何其它合適的已知的或最新開(kāi)發(fā)的技術(shù)按象素和/或子象素分辨率來(lái)確定投射標(biāo)度圖象相對(duì)于檢測(cè)窗340的偏移位置。因此，標(biāo)度110相對(duì)于讀出頭126的位置的確定是按第三分辨率以及至少更精確少許幾倍的、可能是更精確若干倍的正確度的。
應(yīng)該理解，當(dāng)經(jīng)編碼的標(biāo)度軌跡包括諸如根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡300’的周期性部分310之類(lèi)的可預(yù)測(cè)的周期性部分時(shí)，與相關(guān)聯(lián)于諸如偽隨機(jī)標(biāo)度軌跡等其它類(lèi)型的經(jīng)編碼標(biāo)度軌跡的技術(shù)和結(jié)果相比較，可用于這種周期性部分的高分辨率或第三分辨率位置檢測(cè)技術(shù)是特別簡(jiǎn)單、快速和正確的。例如，在使用基于軟件和/或硬件的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行高分辨率定位的實(shí)施例中，參考圖象或硬件檢測(cè)器結(jié)構(gòu)可以是單個(gè)固定的周期性配置。不需要硬件檢測(cè)器配置的修改、或更新、或使參考圖象或當(dāng)前圖象匹配等，因?yàn)樗兄芷谛圆糠謱?shí)質(zhì)上都是相似的和可預(yù)測(cè)的。此外，實(shí)質(zhì)上周期性的或完全周期性的圖象或圖象部分的基于軟件或硬件的位置檢測(cè)的正確度趨向于對(duì)由于讀出頭未對(duì)準(zhǔn)等引起的圖象模糊較不敏感。
圖4示出相應(yīng)于圖3所示的組合標(biāo)度軌跡300’的組合絕對(duì)標(biāo)度軌跡400的一個(gè)示例實(shí)施例。如在圖4中所示，組合標(biāo)度軌跡400具有沿測(cè)量軸方向112交替安排的周期性部分410和非周期性部分430。在圖4所示的示例實(shí)施例中，非周期性部分430包括預(yù)定圖案部分420。讀出頭126沿測(cè)量軸方向112相對(duì)于組合標(biāo)度軌跡400移動(dòng)。周期性部分410包括標(biāo)度單元412，每個(gè)標(biāo)度單元沿測(cè)量軸方向112具有相同的延伸，并且通過(guò)間隔414使它們彼此隔開(kāi)。每一個(gè)間隔沿測(cè)量軸方向112具有相同的延伸，在各種示例實(shí)施例中，標(biāo)度單元412的延伸和間隔414的延伸是相同的，雖然它們不是必相同的。
在各種示例實(shí)施例中，組合標(biāo)度軌跡400的非周期性部分430包括多個(gè)代碼區(qū)域，在圖4中通過(guò)區(qū)域指示線450來(lái)表示這些代碼區(qū)域。每個(gè)代碼區(qū)域中存在或不存在代碼單元432，以在每個(gè)非周期性部分430中提供代碼單元的區(qū)別和/或唯一的圖案，如上所述。在各種示例實(shí)施例中，每個(gè)代碼區(qū)域450沿測(cè)量軸方向112的延伸要小于標(biāo)度單元412的延伸。因此，相應(yīng)的個(gè)別代碼單元432沿測(cè)量軸方向112要比標(biāo)度單元412窄，即使在代碼實(shí)施例中它們相接觸和沿測(cè)量軸不展現(xiàn)出能分辨的邊界或邊緣。在各種示例實(shí)施例中，方便地使每個(gè)代碼區(qū)域450的延伸相同。然而，在各種其它示例實(shí)施例中，各種代碼區(qū)域450的延伸可以改變。既然是這樣，在相應(yīng)的信號(hào)處理算法中容納這種改變。
一個(gè)周期性部分410隔開(kāi)非周期性部分430。每個(gè)非周期性部分430表示與本地?cái)?shù)據(jù)436相關(guān)聯(lián)的測(cè)量值。如上所述，本地?cái)?shù)據(jù)436不必須是組合標(biāo)度軌跡400的一個(gè)獨(dú)立的特性或特征。相反地，與組合標(biāo)度軌跡400相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理隱含地選擇組合標(biāo)度軌跡400的任何特定的可識(shí)別本地特性或特征作為本地?cái)?shù)據(jù)436。在圖4所示的示例實(shí)施例中，方便地選擇本地?cái)?shù)據(jù)436作為周期性部分410的標(biāo)度單元412的右邊緣，所述周期性部分410是緊緊地鄰近非周期性部分430的第一代碼單元432的左邊的。然而，應(yīng)該理解，這種選擇是有些任意的，如上所述。另一方面，本地?cái)?shù)據(jù)436可以是非周期性部分430中可識(shí)別的特征。在圖4所示的實(shí)施例中，每個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)436與相鄰的本地?cái)?shù)據(jù)436隔開(kāi)距離d0。在各種示例實(shí)施例中，選擇距離d0，致使檢測(cè)窗440中始終有一個(gè)非周期性部分430。
在各種示例實(shí)施例中，代碼單元432是相當(dāng)能反射的單元，而代碼區(qū)域450在不存在代碼單元432時(shí)是反射相當(dāng)小的。尤其，如果把具有相當(dāng)能反射的代碼單元432的代碼區(qū)域450解碼為二進(jìn)制1，則把空的代碼區(qū)域450解碼為二進(jìn)制0。因此，在代碼區(qū)域450中的代碼單元432的圖案形成可解碼而識(shí)別本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)436的二進(jìn)制數(shù)或代碼字，因此，按第一分辨率識(shí)別檢測(cè)窗440和讀出頭126的位置。
如在圖4中所示，示例的預(yù)定部分420使用非周期性部分430左邊的最前面的兩個(gè)代碼區(qū)域450，并且不管預(yù)定部分420沿測(cè)量軸方向112的位置而是相同的。應(yīng)該理解，這些預(yù)定部分420的功能主要是使在檢測(cè)窗440中搜索非周期性部分430的信號(hào)處理成為簡(jiǎn)單、快速和健全。例如，在預(yù)定部分420左邊的空的代碼區(qū)域450始終以它左邊的周期性標(biāo)度單元412和在預(yù)定部分420右邊的代碼區(qū)域450中的代碼單元432為界限。
結(jié)果，通過(guò)分析在檢測(cè)窗440中的一行象素?cái)?shù)據(jù)，并從左移動(dòng)到右，容易地把這個(gè)空的代碼區(qū)域450識(shí)別為第一間隔，所述第一間隔所具有的寬度小于在它左邊的周期性部分410中的每個(gè)周期性標(biāo)度單元412和間隔414，無(wú)需進(jìn)一步或更復(fù)雜的搜索或分析。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)一步知道，跟隨在預(yù)定部分420后面的、到右邊的、特定數(shù)目的代碼區(qū)域450包含唯一的代碼，該唯一的代碼對(duì)應(yīng)于本地?cái)?shù)據(jù)436的測(cè)量值。如上所述，在各種其它示例實(shí)施例中，預(yù)定部分使用與圖4所示的圖案有區(qū)別的圖案，并位于非周期性部分的右側(cè)，或兩側(cè)，以與各種另外的信號(hào)處理方法互補(bǔ)。
在圖4所示的示例實(shí)施例中，定義唯一的代碼為二進(jìn)制位值，所述二進(jìn)制位值相應(yīng)于通過(guò)線452表示的跨距中的第17代碼區(qū)域。在非周期性部分430右側(cè)的代碼區(qū)域424是簡(jiǎn)單的空的代碼區(qū)域450，該空的代碼區(qū)域450提供間隔，以清楚地定義周期性標(biāo)度單元412到它的右邊的邊緣。然而，在各種其它示例實(shí)施例中，代碼區(qū)域424可以包括代碼單元432，因此可以提供另外的二進(jìn)制位值來(lái)擴(kuò)展可能的唯一代碼數(shù)目，它依次增加組合標(biāo)度軌跡400的潛在的絕對(duì)測(cè)量范圍。
在組合標(biāo)度軌跡400的一個(gè)示例實(shí)施例中，標(biāo)度單元412和間隔414的每一個(gè)具有沿測(cè)量軸的20μm的延伸，因此確定了40μm的增量間距。代碼區(qū)域具有5μm的延伸，而d0是320μm，它是增量間距的8倍。檢測(cè)窗440對(duì)應(yīng)于在相應(yīng)于測(cè)量軸方向112的方向上具有約352個(gè)象素的光檢測(cè)器160，致使在標(biāo)度110上的5μm區(qū)域在光檢測(cè)器160上投射相應(yīng)于約4.4個(gè)象素的圖象。因此，當(dāng)采取小于組合標(biāo)度軌跡400的三分之一時(shí)，安排在跨距452中的17-位代碼允許接近42米的絕對(duì)距離。因此，組合標(biāo)度軌跡400的四分之三區(qū)域用于周期性部分410，加強(qiáng)高分辨率定位的速度和正確度，如上所述。發(fā)明人已經(jīng)使用可比較的標(biāo)度參數(shù)和小型讀出頭而得到可靠的亞微米測(cè)量值。因此，根據(jù)本發(fā)明原理的小型和實(shí)用的絕對(duì)位置測(cè)量裝置提供高分辨率和絕對(duì)測(cè)量距離的驚人的結(jié)合。
此外，如圖4所示，當(dāng)空間上排序的17-位代碼是排序的二進(jìn)制數(shù)時(shí)，它們可以直接表示本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值。這排除了對(duì)于偽隨機(jī)代碼等以及相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器電路、查找表和相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理的需求。因此，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與包括偽隨機(jī)代碼等的系統(tǒng)相比，相關(guān)聯(lián)于包括排序的二進(jìn)制數(shù)的組合標(biāo)度軌跡的信號(hào)處理系統(tǒng)一般明顯地較快和更經(jīng)濟(jì)，特別對(duì)于需要較大數(shù)目代碼的較長(zhǎng)測(cè)量范圍，以及特別當(dāng)信號(hào)處理包括DSP的數(shù)字處理能力時(shí)。
關(guān)于圖4所示的配置，應(yīng)該理解，在如此的實(shí)施例中，不管標(biāo)度110和讀出頭126之間的間隙中的雜質(zhì)、缺點(diǎn)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化，可以健全地看到相當(dāng)大的標(biāo)度單元412和間隔414，這增強(qiáng)了相關(guān)聯(lián)的高分辨率定位的健全性和正確度。反之，可以適當(dāng)?shù)乜吹较喈?dāng)精確的代碼區(qū)域450和代碼單元432而不管標(biāo)度110和讀出頭126之間的間隙中的雜質(zhì)、缺點(diǎn)、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化，但是，通過(guò)在標(biāo)度長(zhǎng)度/區(qū)域的較小部分中提供較多位數(shù)而精確到足以允許長(zhǎng)的絕對(duì)距離，以致可以把更多的標(biāo)度長(zhǎng)度/區(qū)域?qū)Ｓ糜谠鰪?qiáng)高分辨率定位的周期性部分410中的信息。當(dāng)然，可以把代碼區(qū)域450做得相當(dāng)粗糙，例如，使代碼區(qū)域450的尺寸趨向標(biāo)度單元412和間隔414的尺寸。然而，在這種情況中，對(duì)于在給定讀出頭尺寸中可讀出的減少的代碼位數(shù)，非周期性部分430變得相對(duì)較長(zhǎng)，而讀出頭126的相應(yīng)長(zhǎng)度相對(duì)地增加和/或最大絕對(duì)距離相對(duì)地減少。
應(yīng)該進(jìn)一步理解，當(dāng)所有標(biāo)度單元412和代碼單元432都延伸了組合標(biāo)度軌跡400的全部寬度350時(shí)，橫切測(cè)量軸方向112的讀出頭126的對(duì)準(zhǔn)是不嚴(yán)格的。結(jié)果，可以保證使相應(yīng)于越過(guò)檢測(cè)窗440的寬的中心區(qū)域的任何象素行都包含查找本地?cái)?shù)據(jù)360所需要的信息，并且對(duì)相關(guān)聯(lián)的唯一代碼進(jìn)行查找和解碼。這個(gè)特征允許健全和快速的信號(hào)處理，所述信號(hào)處理可以排除特別搜索操作或另外需要的為了補(bǔ)償潛在的未對(duì)準(zhǔn)的其它2-軸操作。
還應(yīng)該理解，制造包括根據(jù)本發(fā)明的組合標(biāo)度軌跡的標(biāo)度是特別容易和經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橹挥兄芷谛圆糠?10需要與所要求的總的標(biāo)度正確度相稱(chēng)的正確的布局和制造。例如，使用傳統(tǒng)高正確度增量標(biāo)度經(jīng)常使用的感光劑曝光方法，可以使用已知和高正確度的連續(xù)步驟和重復(fù)曝光過(guò)程來(lái)確定每個(gè)標(biāo)度單元412。另一方面，可以使用通過(guò)這種過(guò)程制造的相當(dāng)長(zhǎng)的掩模。在每種情況中，在這個(gè)初始制造階段，在非周期性部分430中的步驟不接受曝光或不被處理。
然后，由于根據(jù)本發(fā)明的非周期性部分430不需要特別正確的定位和制造，所以可以在較晚時(shí)候使用可編程高速掃描激光曝光系統(tǒng)等使非周期性部分430的唯一圖案曝光。應(yīng)該理解，因此而簡(jiǎn)化了最正確的操作使之成為更經(jīng)濟(jì)和正確，同時(shí)放寬了唯一的編碼操作的正確度，使它們可以成為更靈活、快速和經(jīng)濟(jì)。
在操作中，對(duì)應(yīng)于圖4中所示的檢測(cè)窗440捕獲標(biāo)度400的圖象。然后分析這個(gè)圖象以識(shí)別出現(xiàn)在檢測(cè)窗440中的預(yù)定部分420。因?yàn)闃?biāo)度軌跡400的結(jié)構(gòu)是事先已知的，所以一旦查找到預(yù)定部分420，就知道代碼部分在緊接查找到的預(yù)定部分420的右邊出現(xiàn)。確定相應(yīng)于代碼單元432的所捕獲圖象的亮和暗部分的圖案和延伸，以及相應(yīng)于跨距452的代碼區(qū)域450中的間隔，以取得通過(guò)這些圖案和延伸確定的代碼字。
然后，使用所取得的代碼字作為到查找表的地址輸入，或作為公式中的變量使用來(lái)確定本地?cái)?shù)據(jù)436的測(cè)量值，因此，按近似地對(duì)應(yīng)于本地?cái)?shù)據(jù)436和/或非周期性部分430的間隔的第一分辨率來(lái)確定檢測(cè)窗440的位置和讀出頭126相對(duì)于標(biāo)度110的位置。在各種示例實(shí)施例中，出現(xiàn)在接近非周期性部分430的檢測(cè)窗440中的周期性部分410的給定特征的作用是作為本地?cái)?shù)據(jù)436。
為了使絕對(duì)位置測(cè)量分辨率進(jìn)一步精確，尋找本地?cái)?shù)據(jù)436相對(duì)于檢測(cè)窗440的左邊緣442或右邊緣444的位置是方便和充分的。如在圖4中所示，當(dāng)使用檢測(cè)窗440的左邊緣442作為相對(duì)于左本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)436的參考點(diǎn)時(shí)，方便地確定對(duì)應(yīng)于偏移距離d1的象素?cái)?shù)目在一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)象素內(nèi)，根據(jù)光檢測(cè)器160的已知幾何特征和讀出頭126的放大倍數(shù)，可以把這個(gè)象素距離轉(zhuǎn)換成實(shí)際偏移距離d1。
當(dāng)把偏移距離d1添加到本地?cái)?shù)據(jù)436的測(cè)量值中時(shí)，已知的讀出頭126相對(duì)于標(biāo)度110的絕對(duì)位置是按第二分辨率的，它比周期性部分410的增量間距的二分之一更精確，近似地相當(dāng)于一個(gè)或數(shù)倍象素間距除于讀出頭126的放大倍數(shù)。應(yīng)該理解，一般，與相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理相一致，可以根據(jù)右手的邊緣444或左手的邊緣442來(lái)定義偏移距離d1。
應(yīng)該理解，到目前為止，上述相對(duì)于較低分辨率的定位操作使用了可在檢測(cè)窗440中得到的相當(dāng)少的位置信息。為了進(jìn)一步使讀出頭126和標(biāo)度110之間的絕對(duì)位置測(cè)量值精確，希望使用檢測(cè)窗440中的更多信息，以致使局部制造的不正確性、缺點(diǎn)、雜質(zhì)等的作用最終得到平衡，以提供較佳的信噪比和更正確的定位。尤其，希望根據(jù)在檢測(cè)窗440中出現(xiàn)的周期性部分410發(fā)生的某些或所有信息和/或信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位。實(shí)際上，目的是使以前描述的偏移距離d1的估計(jì)值精確。
在各種示例實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)于檢測(cè)窗440的捕獲圖象和所選擇的參考圖象進(jìn)行比較而產(chǎn)生諸如圖5所示的相關(guān)函數(shù)，以使410中的標(biāo)度單元412和間隔414的結(jié)構(gòu)匹配。參考圖象可以是從標(biāo)度110得到的實(shí)際圖象，或可以是合成圖象。對(duì)于參考圖象的僅有的要求是參考圖象具有相應(yīng)于周期性部分410的結(jié)構(gòu)的周期性部分，該部分要具有足夠的尺寸，以允許產(chǎn)生合適的相關(guān)曲線。例如，在各種示例實(shí)施例中，參考圖象沿測(cè)量軸方向可以比完整檢測(cè)到的標(biāo)度110的圖象短，致使它可能只包括保證在每個(gè)檢測(cè)到的標(biāo)度110的圖象中連續(xù)地出現(xiàn)的連續(xù)周期性標(biāo)度單元412。
應(yīng)該理解，在各種其它示例實(shí)施例中，如果使用合成圖象，則合成圖象可以只包括周期性部分410的標(biāo)度單元412和間隔414的結(jié)構(gòu)，但是越過(guò)合成圖象的整個(gè)長(zhǎng)度而延伸。另一方面，合成圖象可以包括周期性部分410、預(yù)定部分420和代表性的非周期性部分430。相似地，從標(biāo)度110本身得到的參考圖象將一般包括周期性部分410、預(yù)定部分420以及一些非周期性部分430中之一。然而，應(yīng)該理解，這些類(lèi)型的參考圖象中的任何一種可以具有對(duì)應(yīng)于在相關(guān)操作期間“在編輯過(guò)程中刪除”或跳過(guò)的非周期性部分430的位置的圖象的合適的分段。例如，根據(jù)上述各種代碼區(qū)域定位方法中的任何一種可以對(duì)于真實(shí)的參考圖象確定非周期性430的位置。
還應(yīng)該理解，如果讀出頭126安裝得相對(duì)于標(biāo)度110具有越出航線(yaw)的未對(duì)準(zhǔn)，則來(lái)自標(biāo)度110的實(shí)際圖象將相對(duì)于標(biāo)度110的理想地對(duì)準(zhǔn)的參考圖象旋轉(zhuǎn)。然而，一般，由于未對(duì)準(zhǔn)引起的這種有限的圖象旋轉(zhuǎn)是一致的，與讀出頭126沿標(biāo)度110的位置無(wú)關(guān)。因此，這種圖象旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生一個(gè)誤差，該誤差在每個(gè)位置上是近似地相同的，因此，在各種示例實(shí)施例中可以忽略。在各種示例實(shí)施例中，在定標(biāo)過(guò)程期間使用任何已知或最新開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)相關(guān)方法等確定實(shí)際圖象和理想地對(duì)準(zhǔn)的參考圖象之間的旋轉(zhuǎn)未對(duì)準(zhǔn)量。然后，在正常操作期間發(fā)生的信號(hào)處理期間，通過(guò)計(jì)算而旋轉(zhuǎn)參考圖象或?qū)嶋H圖象使之對(duì)準(zhǔn)，以增強(qiáng)相關(guān)操作的正確度以及定位的正確度。在再另外的示例實(shí)施例中，從包括一致的旋轉(zhuǎn)未對(duì)準(zhǔn)的實(shí)際圖象得到參考圖象。既然是這樣，使參考圖象固有地旋轉(zhuǎn)而對(duì)準(zhǔn)接著的實(shí)際圖象。
圖5示出，當(dāng)除了周期性部分410的標(biāo)度單元412和間隔414的結(jié)構(gòu)之外參考圖象還包括代表性的非周期性部分430時(shí)，得到的相關(guān)曲線490。結(jié)果，當(dāng)參考圖象和對(duì)應(yīng)于檢測(cè)窗440的捕獲圖象導(dǎo)致參考圖象的非周期性部分430與捕獲圖象的非周期性部分430對(duì)準(zhǔn)時(shí)，相關(guān)曲線490的峰和谷達(dá)到它們最大的幅度。對(duì)比之下，當(dāng)參考圖象和捕獲圖象之間的偏移使圖象中之一的周期性部分410與其它圖象的非周期性部分430對(duì)準(zhǔn)時(shí)，相關(guān)曲線的峰和谷的幅度達(dá)到最小。然而，對(duì)應(yīng)于周期性部分410的增量間距，在整個(gè)相關(guān)曲線490上保持可看到相關(guān)曲線上的相鄰峰之間、或相鄰谷之間的總的周期性，不管是否出現(xiàn)非周期性部分。
應(yīng)該理解，根據(jù)上述操作，偏移距離d1的初始估計(jì)值肯定是正確到小于增量的間距增量的二分之一。因此，為了使絕對(duì)位置測(cè)量值精確，一般只需要根據(jù)所使用的相關(guān)的類(lèi)型，相對(duì)于它預(yù)期的圖象偏移位置(其中本地?cái)?shù)據(jù)436符合它的參考位置)來(lái)確定任何一個(gè)或多個(gè)更高的幅度波谷或波峰。
一般，為了產(chǎn)生較快信號(hào)處理的相關(guān)曲線，起初只分析單個(gè)行或少數(shù)幾行。在各種示例實(shí)施例中，在相關(guān)曲線分析的第一部分期間繼續(xù)這樣進(jìn)行，通過(guò)只使用圖象的單個(gè)行或只使用少數(shù)幾行而產(chǎn)生原始的相關(guān)曲線，以查找使位置估計(jì)值精確要使用的至少一個(gè)峰或谷的近似位置。一般，這可以是任何峰或谷，所述任何峰或谷具有表示相當(dāng)好的相關(guān)的幅度，在某些示例實(shí)施例中，這可以是相關(guān)曲線的任何峰或谷。
一旦識(shí)別了這種合適的峰或谷，在相關(guān)處理的第二部分，就對(duì)圍繞所選擇的峰或谷附近的每個(gè)象素偏移值產(chǎn)生相關(guān)曲線。這允許對(duì)要執(zhí)行的參考圖象和捕獲圖象的所有行進(jìn)行更費(fèi)時(shí)間的完全一個(gè)象素一個(gè)象素的分析，但是只對(duì)偏移位置在所識(shí)別的峰或谷附近的那些，所識(shí)別的峰或谷將用于使所識(shí)別的峰或谷的位置精確，以確定實(shí)際偏移位置。在這個(gè)高正確度的相關(guān)處理的第二部分期間所使用的象素的行的數(shù)目與所要求的正確度有關(guān)。對(duì)于最高的正確度，使用包括在檢測(cè)窗440中的所有行。
一旦在峰或谷的附近產(chǎn)生了這個(gè)較高正確度的相關(guān)曲線，就可以使用在結(jié)合的671申請(qǐng)中確定的各種方法中的任何一種方法以按子象素分辨率來(lái)識(shí)別峰或谷的象素偏移值。對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)符合它的參考位置的圖象，可以使用實(shí)際峰或谷的偏移值和它的預(yù)期偏移值之間的差異使估計(jì)的偏移距離d1的、以及所產(chǎn)生的絕對(duì)定位的分辨率和正確度精確。
例如，一般，以前估計(jì)的偏移距離d1一般可以分解成一個(gè)部分，該部分等于一個(gè)整數(shù)乘以增量間距加或減小于增量間距的二分之一的一個(gè)附加量。為了使以前估計(jì)的偏移距離d1精確，對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)符合它的參考位置的圖象，把所述附加量截短，并用實(shí)際峰或谷偏移值和它的預(yù)期偏移值之間的差異來(lái)代替。
在各種其它示例實(shí)施例中，可以省略相關(guān)處理的第二部分。既然是這樣，可以使用正確度較差或完整的相關(guān)曲線值，以可能的最佳分辨率來(lái)識(shí)別峰或谷的象素偏移值，如在671申請(qǐng)中所概述，而且該正確度對(duì)于許多有用的應(yīng)用還是足夠的。
圖6概述一種方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法用于確定根據(jù)本發(fā)明的讀出頭和標(biāo)度之間的高分辨率絕對(duì)位置測(cè)量值。在步驟S100處開(kāi)始，所述方法的操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S200，在該步驟中得到一部分標(biāo)度的圖象。當(dāng)然，標(biāo)度的這部分的圖象需要包括一個(gè)或多個(gè)周期性標(biāo)度單元中的每一個(gè)的圖象以及可以有效地組合以確定包括在完整的非周期性部分中的信息的一個(gè)或多個(gè)非周期性部分或兩個(gè)非周期性部分的分段的圖象。然后，在步驟S300中，識(shí)別在步驟S200中得到的這部分標(biāo)度的圖象中出現(xiàn)的非周期性部分作為非周期性部分。接著，在步驟S400中，根據(jù)包括在所識(shí)別的來(lái)確定讀出頭和標(biāo)度之間的第一分辨率絕對(duì)位置。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S500。
在步驟S500中，根據(jù)與所識(shí)別的、出現(xiàn)在所得到圖象中的非周期性部分相關(guān)聯(lián)的本地?cái)?shù)據(jù)的位置來(lái)確定讀出頭和標(biāo)度之間的第二分辨率相對(duì)位置。應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，本地?cái)?shù)據(jù)可以出現(xiàn)或發(fā)生在與所識(shí)別的非周期性部分相鄰的、所得到圖象的周期性部分中。對(duì)比之下，在各種其它示例實(shí)施例中，本地?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)在所識(shí)別的非周期性部分中。
接著，在步驟S600中，對(duì)所得到圖象和參考圖象進(jìn)行比較以產(chǎn)生相關(guān)曲線。應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，參考圖象是對(duì)應(yīng)于按一般方式得到圖象的合成圖象的。例如，出現(xiàn)在合成圖象中的非周期性部分可以是沒(méi)有變量的、或近似地表示所有出現(xiàn)在標(biāo)度中的非周期性部分，致使盡可能地減少合成非周期性部分和每個(gè)實(shí)際非周期性部分之間的差異。在各種其它示例實(shí)施例中，一般的參考圖象可能只包括對(duì)應(yīng)于周期性部分的特征。應(yīng)該理解，可以使用允許所產(chǎn)生的相關(guān)曲線具有足夠正確度的合成圖象的任何結(jié)構(gòu)。在各種其它示例實(shí)施例中，使用從標(biāo)度得到的實(shí)際圖象作為參考圖象。然后，在步驟S700中，根據(jù)所產(chǎn)生的相關(guān)曲線來(lái)確定讀出頭和標(biāo)度之間的第三分辨率相對(duì)位置。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S800。
在步驟S800中，組合讀出頭和標(biāo)度之間的第一、第二和第三分辨率相對(duì)位置，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所得到圖象的讀出頭和標(biāo)度之間的相對(duì)位置的高分辨率絕對(duì)測(cè)量值。然后，在步驟S900中，輸出根據(jù)經(jīng)組合的測(cè)量值確定的、相對(duì)于標(biāo)度的讀出頭輸出位置。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S1000，在該步驟中，所述方法的操作停止。
圖7是流程圖，更詳細(xì)地概述方法的一個(gè)實(shí)施例，所述方法用于識(shí)別出現(xiàn)在步驟S300中所得到圖象中的非周期性部分。如在圖7中所示，所述方法的操作在步驟S300中開(kāi)始，并繼續(xù)進(jìn)行到步驟S310，在該步驟中，選擇沿所得到圖象的測(cè)量軸方向延伸的一個(gè)或多個(gè)行的一個(gè)組來(lái)進(jìn)行分析。當(dāng)然，應(yīng)該理解，所選擇的行的組可能是所得到圖象的所有行。然后，在步驟S320中，分析所選擇的一個(gè)或多個(gè)行來(lái)識(shí)別相當(dāng)亮的和相當(dāng)暗的象素的排序，已知這些象素對(duì)應(yīng)于形成在標(biāo)度上的標(biāo)度軌跡的、容易識(shí)別的預(yù)定部分的結(jié)構(gòu)。接著，在步驟S330中，根據(jù)在所得到圖象的一個(gè)或多個(gè)選擇行的組中的預(yù)定部分的識(shí)別位置，按照非周期性部分代碼信息相對(duì)于所識(shí)別的預(yù)定部分的位置的先驗(yàn)知識(shí)，識(shí)別圖象象素，所述圖象象素對(duì)應(yīng)于要用于確定讀出頭和標(biāo)度之間的相對(duì)位置的非周期性部分。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S340，在該步驟中，所述方法的操作返回到步驟S400。
圖8是流程圖，更詳細(xì)地概述一個(gè)實(shí)施例，用于根據(jù)步驟S400中識(shí)別的非周期性部分按第一分辨率確定讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的絕對(duì)位置。如在圖8中所示，所述方法的操作在步驟S400中開(kāi)始，并繼續(xù)進(jìn)行到步驟S410，在該步驟中，選擇所得到圖象的許多行。應(yīng)該理解，在步驟S410中選擇的行數(shù)可以是步驟S310中所選擇和使用的行的相同組。另一方面，在各種其它示例實(shí)施例中，如果已經(jīng)執(zhí)行步驟S310，則可以省略步驟S410，致使在步驟S400中使用如步驟S300中所用的一個(gè)或多個(gè)選擇行的相同組。
然后，在步驟S420中，根據(jù)在一個(gè)或多個(gè)選擇行中的非周期性部分中的象素的識(shí)別位置，對(duì)出現(xiàn)在所選擇的一個(gè)或多個(gè)象素行中的該非周期性部分的代碼單元的排序進(jìn)行分析。一般，這包括分析出現(xiàn)在所選擇的一個(gè)或多個(gè)行中的相當(dāng)亮的和相當(dāng)暗的象素的排序。接著，在步驟S430中，對(duì)相應(yīng)于代碼單元的象素的經(jīng)分析的排序進(jìn)行處理以確定可以用于確定測(cè)量值的一個(gè)代碼字。應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，經(jīng)編碼的標(biāo)度標(biāo)記定義一個(gè)二進(jìn)制代碼字，其中，暗的象素對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制值中的一個(gè)值，而亮的象素對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制值中的另一個(gè)值。當(dāng)然，應(yīng)該理解，可以使用諸如三進(jìn)制或更高階的方案之類(lèi)的非二進(jìn)制編碼方案。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S440。
在步驟S440中把代碼字轉(zhuǎn)換成第一分辨率距離測(cè)量值，它表示在所得到圖象中按第一分辨率的標(biāo)度的部分和/或位置。因此，是標(biāo)度相對(duì)于讀出頭的位置。應(yīng)該理解，在各種示例實(shí)施例中，使用代碼字作為到一個(gè)查找表的輸入地址而把代碼字轉(zhuǎn)換成第一分辨率距離測(cè)量值。根據(jù)代碼字表示的地址，查找表的輸出表示相應(yīng)的第一分辨率距離測(cè)量值。對(duì)比之下，在各種其它示例實(shí)施例中，代碼字定義標(biāo)度上的原始點(diǎn)和讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的當(dāng)前位置之間的許多第一分辨率周期d0。因此，把第一分辨率周期d0乘以代碼字的值或數(shù)以得到第一分辨率距離測(cè)量值。在各種其它示例實(shí)施例中，代碼字定義一個(gè)數(shù)，該數(shù)本身是第一分辨率距離測(cè)量值。然后，操作繼續(xù)進(jìn)行到步驟S450，在該步驟中，所述方法的操作返回到步驟S500。
應(yīng)該理解，相對(duì)于步驟S500，可以通過(guò)確定在所得到圖象中隱含在有關(guān)的信號(hào)處理操作中的本地?cái)?shù)據(jù)相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的參考位置的位置而確定第二分辨率相對(duì)位置。可以使用任何以前描述的本地?cái)?shù)據(jù)類(lèi)型。
不管使用什么特性或特征來(lái)定義本地?cái)?shù)據(jù)，在各種示例實(shí)施例中，當(dāng)本地?cái)?shù)據(jù)的參考位置是所得到圖象的邊緣時(shí)，通過(guò)對(duì)在定義本地?cái)?shù)據(jù)的特性和所得到圖象的邊緣之間的象素?cái)?shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)而確定本地?cái)?shù)據(jù)到所得到圖象邊緣的距離。然而，應(yīng)該理解，一般預(yù)期在本地?cái)?shù)據(jù)特性的象素位置中的少數(shù)幾個(gè)象素的排序，因此是本地?cái)?shù)據(jù)特性和所得到圖象邊緣之間的距離d1中，會(huì)有某些不確定性。
圖9是方框圖，更詳細(xì)地概述圖1所示的信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200的一個(gè)示例實(shí)施例。如在圖9中所示，信號(hào)產(chǎn)生和處理電路200包括控制器205，光源驅(qū)動(dòng)器220、光檢測(cè)器接口225、存儲(chǔ)器230、部分查找電路240，解碼電路250、距離確定電路260、比較電路270、比較結(jié)果累加275、內(nèi)插電路280、位置累加器290、顯示驅(qū)動(dòng)器201以及任選的輸入接口203。
控制器205通過(guò)信號(hào)線206連接到光源驅(qū)動(dòng)器220、通過(guò)信號(hào)線207連接到光檢測(cè)器接口225以及通過(guò)信號(hào)線208連接到存儲(chǔ)器230。相似地，控制器205分別通過(guò)信號(hào)線209-215連接到部分查找電路240、解碼電路250、距離確定電路260、比較電路270、比較結(jié)果累加275、內(nèi)插電路280以及位置累加器290。最后，控制器205通過(guò)信號(hào)線216連接到顯示驅(qū)動(dòng)器201，如果提供的話(huà)，通過(guò)信號(hào)線217連接到輸入接口203。存儲(chǔ)器230包括當(dāng)前圖象部分232、參考圖象部分234以及相關(guān)部分236。
在操作中，控制器205在信號(hào)線206上把控制信號(hào)輸出到光源驅(qū)動(dòng)器220。作為響應(yīng)，光源驅(qū)動(dòng)器220在信號(hào)線132上把驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到光源130。接著，控制器205在信號(hào)線207和208上把控制信號(hào)輸出到光檢測(cè)器接口225和存儲(chǔ)器230，把在信號(hào)線164上接收到的來(lái)自對(duì)應(yīng)于每個(gè)圖象單元162的光檢測(cè)器160的信號(hào)部分存儲(chǔ)到當(dāng)前圖象部分232中。尤其，把來(lái)自個(gè)別圖象單元162的圖象值存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232(對(duì)應(yīng)于陣列166中的個(gè)別圖象單元162的一些部分)的兩維陣列中。
在把所得到圖象的圖象或當(dāng)前圖象存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232中之后，在信號(hào)線238上把當(dāng)前圖象輸出到部分查找電路240。然后，根據(jù)在信號(hào)線209上來(lái)自控制器205的控制信號(hào)輸出，部分查找電路240分析存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232中的所得到圖象的一個(gè)或多個(gè)行，以查找預(yù)定部分320和/或非周期性部分330。然后，根據(jù)在信號(hào)線210上來(lái)自控制器205的控制信號(hào)，解碼電路250從存儲(chǔ)器230的當(dāng)前圖象部分232輸入通過(guò)部分查找電路240查找的、出現(xiàn)在所得到圖象中的非周期性部分。
然后，使用上面概述的各種技術(shù)中的一種技術(shù)，解碼電路250把在所得到圖象的經(jīng)查找部分中的亮的和暗的象素圖案轉(zhuǎn)換成代碼字，并把代碼字轉(zhuǎn)換成第一分辨率距離測(cè)量值。解碼電路250在信號(hào)線252上把這個(gè)第一分辨率距離測(cè)量值輸出到位置累加器290。
接著，根據(jù)通過(guò)部分查找電路240查找的預(yù)定部分或非周期性部分，控制器205在信號(hào)線211上把控制信號(hào)輸出到距離確定電路260。作為響應(yīng)，距離確定電路260輸入包括至少本地?cái)?shù)據(jù)的參考位置的所有或部分所得到圖象，所述本地?cái)?shù)據(jù)諸如所得到圖象的邊緣之一以及為了確定來(lái)自存儲(chǔ)器230的當(dāng)前圖象部分232的本地?cái)?shù)據(jù)的位置所需要的所得到圖象的一部分。然后，距離確定電路260分析所得到圖象的這個(gè)輸入部分，根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)到本地?cái)?shù)據(jù)的參考位置的距離來(lái)確定讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的相對(duì)位置的第二分辨率距離測(cè)量值。距離確定電路260在信號(hào)線262上把這個(gè)第二分辨率距離測(cè)量值輸出到位置累加器290。
然后，控制器205在信號(hào)線209上把信號(hào)輸出到比較電路270。作為響應(yīng)，比較電路270在信號(hào)線238上輸入來(lái)自存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232中的當(dāng)前圖象所選擇部分的特定象素的圖象值，并根據(jù)當(dāng)前偏移在信號(hào)線238上輸入來(lái)自參考圖象部分234的對(duì)應(yīng)象素的圖象值。然后，比較電路270應(yīng)用相關(guān)算法來(lái)確定比較結(jié)果。比較電路220可以使用已知的或最新開(kāi)發(fā)的任何合適的相關(guān)技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前偏移，在一個(gè)象素一個(gè)象素的基礎(chǔ)上，對(duì)存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232中的當(dāng)前圖象和存儲(chǔ)在參考圖象部分234中的參考圖象進(jìn)行比較。比較電路270在信號(hào)線272上把當(dāng)前相關(guān)偏移的比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果累加器275。
一旦比較電路270已經(jīng)取得和比較來(lái)自當(dāng)前圖象部分232的每個(gè)圖象單元162的圖象值，并對(duì)它們和存儲(chǔ)在參考圖象部分234中的對(duì)應(yīng)圖象值進(jìn)行比較，以及應(yīng)用相關(guān)技術(shù)和把比較結(jié)果輸出到比較結(jié)果累加器275，存儲(chǔ)在比較結(jié)果累加器275中的值定義按預(yù)定單位的、相應(yīng)于當(dāng)前偏移的相關(guān)值，如在圖5中所示例。然后，控制器205在信號(hào)線213上把信號(hào)輸出到比較結(jié)果累加器275和在信號(hào)線208上把信號(hào)輸出到存儲(chǔ)器230。結(jié)果，輸出存儲(chǔ)在比較結(jié)果累加器275中的相關(guān)值結(jié)果，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器230的相關(guān)部分236中對(duì)應(yīng)于當(dāng)前偏移的位置處。
然后，控制器205在信號(hào)線213上輸出信號(hào)以對(duì)比較結(jié)果累加器275清零。一旦比較電路270已經(jīng)執(zhí)行存儲(chǔ)在當(dāng)前圖象部分232中的當(dāng)前圖象和存儲(chǔ)在參考圖象部分234中的參考圖象之間所需要偏移的所有比較，并且在控制器205控制下比較結(jié)果累加器275對(duì)結(jié)果進(jìn)行累加和存儲(chǔ)在相關(guān)部分236中，控制器205就在信號(hào)線214上把控制信號(hào)輸出到內(nèi)插電路280。
然后，在控制器205控制下，把存儲(chǔ)在相關(guān)部分236中的存儲(chǔ)相關(guān)曲線輸出到內(nèi)插電路280。即，內(nèi)插電路280在信號(hào)線238上輸入存儲(chǔ)在相關(guān)部分236中的相關(guān)結(jié)果，并確定符合相關(guān)函數(shù)的峰或谷的相關(guān)值，并使用所選擇的在相關(guān)函數(shù)的峰/谷附近的相關(guān)函數(shù)值點(diǎn)按子象素分辨率確定峰偏移值或圖象位移值。然后，在來(lái)自控制器205的信號(hào)線214上的信號(hào)的控制下，內(nèi)插電路280在信號(hào)線282上把確定的子象素第三分辨率測(cè)量值輸出到位置累加器290。
內(nèi)插電路280首先識(shí)別要使用的相關(guān)函數(shù)的所選擇峰或谷來(lái)識(shí)別讀出頭和標(biāo)度之間的絕對(duì)位置的第三分辨率距離測(cè)量值，其中，初始相關(guān)函數(shù)是內(nèi)插電路280要使用的，內(nèi)插電路280使用任何已知或最新開(kāi)發(fā)的技術(shù)，諸如在所結(jié)合的671申請(qǐng)中揭示的技術(shù)中的任何一種，按子象素分辨率尋找相關(guān)函數(shù)的所選擇峰的實(shí)際位置。內(nèi)插電路280在信號(hào)線282上把子象素分辨率距離輸出到位置累加器290。
對(duì)比之下，在各種其它示例實(shí)施例中，一旦內(nèi)插電路280已經(jīng)識(shí)別所選擇的峰或谷，比較電路270和比較結(jié)果累加器275就對(duì)整個(gè)得到的圖象和參考圖象執(zhí)行完整的一個(gè)象素一個(gè)象素的比較，以產(chǎn)生高正確度相關(guān)曲線，但是只對(duì)于內(nèi)插電路280選擇的、緊緊圍繞所選擇相關(guān)曲線峰或谷的區(qū)域。把這個(gè)附加的相關(guān)曲線也存儲(chǔ)在相關(guān)部分236中。然后，在控制器205的控制下，內(nèi)插電路280輸入這個(gè)第二相關(guān)曲線，并使用任何已知或最新開(kāi)發(fā)的內(nèi)插技術(shù)，在相關(guān)曲線值之間進(jìn)行內(nèi)插，以按第三分辨率識(shí)別所選擇的峰或谷的實(shí)際峰或谷偏移。再有，在信號(hào)線282上把這個(gè)第三分辨率距離測(cè)量值輸出到位置累加器290。
位置累加器290組合解碼電路250、距離確定電路260、以及內(nèi)插電路280中的每一個(gè)輸出的距離測(cè)量值，以產(chǎn)生表示讀出頭相對(duì)于標(biāo)度的位置的高分辨率絕對(duì)位置測(cè)量值。位置累加器290在信號(hào)線292上把這個(gè)絕對(duì)位置測(cè)量值輸出到控制器205。然后，控制器205在信號(hào)線216上把所確定的絕對(duì)位置測(cè)量值輸出到顯示驅(qū)動(dòng)器201。顯示驅(qū)動(dòng)器201通過(guò)在信號(hào)線202上輸出控制信號(hào)而驅(qū)動(dòng)顯示器(未示出)，以輸出所確定的絕對(duì)位置測(cè)量值。
作為響應(yīng)，控制器205可以在信號(hào)線217上把更新的位移值輸出到顯示驅(qū)動(dòng)器201，如果提供的話(huà)。然后，顯示驅(qū)動(dòng)器201在信號(hào)線202上把驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到顯示裝置107，以顯示當(dāng)前位移值。
如果提供的話(huà)，一根或多根信號(hào)線204允許操作者或合作系統(tǒng)和控制器210之間的一個(gè)接口。如果提供的話(huà)，輸入接口203可以緩沖或變換輸入信號(hào)或命令，并把合適的信號(hào)發(fā)送到控制器205。
應(yīng)該理解，上述討論著重于標(biāo)度110，其中，非周期性部分310的每一個(gè)具有沿測(cè)量軸方向112延伸的特征，而周期性部分330的每一個(gè)具有沿測(cè)量軸方向112延伸的特征。然而，在各種其它示例實(shí)施例中，延伸可以在一個(gè)或多個(gè)周期性部分330和/或一個(gè)或多個(gè)非周期性部分330變化。但是，在這種情況中，每個(gè)非周期性部分330的代碼單元必須仍表示本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值，即使本地?cái)?shù)據(jù)不必須沿標(biāo)度周期性地出現(xiàn)。
還應(yīng)該理解，在各種應(yīng)用中，有利的是對(duì)根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡和與其它類(lèi)型標(biāo)度軌跡相關(guān)聯(lián)的位置檢測(cè)方法進(jìn)行組合。例如，已知使用具有數(shù)量級(jí)為幾個(gè)微米或更少的間距極精確的增量標(biāo)度的增量測(cè)量系統(tǒng)，以按納米的數(shù)量級(jí)產(chǎn)生分辨率和正確度。還應(yīng)該理解，當(dāng)把根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡和系統(tǒng)與這種精確的間距增量系統(tǒng)合適地組合時(shí)，經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡和系統(tǒng)所提供的絕對(duì)測(cè)量值的正確度在精確的間距增量系統(tǒng)的一個(gè)特定周期內(nèi)。
因此可以組合兩種系統(tǒng)的結(jié)果以產(chǎn)生具有結(jié)合精確間距增量系統(tǒng)的分辨率和正確度的經(jīng)組合的絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)該進(jìn)一步理解，在這種具有精確增量標(biāo)度軌跡的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡系統(tǒng)中，本發(fā)明提供的高速信號(hào)處理屬性、未對(duì)準(zhǔn)的健全性、分辨率相對(duì)于距離優(yōu)點(diǎn)和寬度優(yōu)點(diǎn)的特定組合具有極大的實(shí)用性。
還應(yīng)該理解，在已經(jīng)說(shuō)明和描述本發(fā)明的各種示例實(shí)施例的同時(shí)，對(duì)于非周期性部分可以使用范圍較廣的多種另外的代碼和檢測(cè)方案，并且還可應(yīng)用范圍較廣的多種另外的硬件和軟件方案來(lái)檢測(cè)相對(duì)于讀出頭的周期性部分的位置，以提供根據(jù)本發(fā)明的原理的第三分辨率測(cè)量值。因此，應(yīng)該理解，對(duì)這里已經(jīng)說(shuō)明和描述的本發(fā)明的各種示例實(shí)施例可以作出這些和其它各種變化而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，可用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)單元之間的相對(duì)位置，所述絕對(duì)位置檢測(cè)裝置包括讀出頭和標(biāo)度，所述標(biāo)度包括沿測(cè)量軸延伸的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括放置在沿測(cè)量軸的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡中的多個(gè)周期性部分，每個(gè)周期性部分包括沿測(cè)量軸的多個(gè)N個(gè)連續(xù)周期標(biāo)度單元，其中，N是大于或等于3的整數(shù)；以及放置在沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的測(cè)量軸方向與周期性部分交錯(cuò)的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡中的多個(gè)非周期性部分，每個(gè)非周期性部分包括多個(gè)定義代碼字的代碼單元，所述代碼字可用于識(shí)別沿測(cè)量軸的本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值；其中，配置多個(gè)周期性部分和多個(gè)非周期性部分，致使沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的測(cè)量軸方向，讀出頭的檢測(cè)窗包括許多足以定義可用于識(shí)別本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值的代碼字的許多代碼單元，并進(jìn)一步包括至少N-1個(gè)完整的周期性標(biāo)度單元而不管沿測(cè)量軸的檢測(cè)窗的位置如何。
2.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，沿至少某些代碼單元的測(cè)量軸的長(zhǎng)度比沿測(cè)量軸的周期性標(biāo)度單元的長(zhǎng)度更短。
3.如權(quán)利要求2所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，N大于或等于5。
4.如權(quán)利要求2所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，沿每個(gè)代碼單元的測(cè)量軸的長(zhǎng)度比沿測(cè)量軸的周期性標(biāo)度單元的長(zhǎng)度的二分之一要短。
5.如權(quán)利要求2所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，沿每個(gè)代碼單元的測(cè)量軸的長(zhǎng)度比沿測(cè)量軸的周期性標(biāo)度單元的長(zhǎng)度的三分之一要短。
6.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，多個(gè)非周期性部分的每一個(gè)的預(yù)定部分包括一個(gè)圖案，所述圖案對(duì)于多個(gè)非周期性部分中的每一個(gè)是相同的。
7.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，包括非周期性部分的檢測(cè)窗區(qū)域的百分?jǐn)?shù)最多是50％，不管沿測(cè)量軸的檢測(cè)窗相對(duì)于多個(gè)周期性部分和多個(gè)非周期性部分的位置如何。
8.如權(quán)利要求7所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，所述百分?jǐn)?shù)最多是35％。
9.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，讀出頭包括多個(gè)在沿對(duì)應(yīng)于測(cè)量軸方向的方向上的至少一行中延伸的多個(gè)成象單元，當(dāng)所述讀出頭相對(duì)于標(biāo)度可操作地定位時(shí)，所述讀出頭檢測(cè)窗的延伸對(duì)應(yīng)于通過(guò)多個(gè)成象單元接收的標(biāo)度的投影圖象的延伸。
10.如權(quán)利要求9所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，在垂直于測(cè)量軸的方向上的讀出頭的檢測(cè)窗的寬度小于垂直于每個(gè)周期性部分和非周期性部分的測(cè)量軸的寬度。
11.如權(quán)利要求9所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，多個(gè)成象單元具有沿至少一行的象素間距，并且每個(gè)代碼單元具有沿測(cè)量軸的長(zhǎng)度Lc，致使長(zhǎng)度Lc乘以標(biāo)度的投影圖象的讀出頭放大倍數(shù)至少是象素間距的3倍。
12.如權(quán)利要求11所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，每個(gè)周期性標(biāo)度單元具有沿測(cè)量軸的長(zhǎng)度Lp，致使長(zhǎng)度Lp乘以標(biāo)度的投影圖象的讀出頭放大倍數(shù)至少是象素間距的6倍。
13.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括至少一個(gè)漫反射表面。
14.如權(quán)利要求13所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于標(biāo)度包括透明的襯底，在離讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；以及所述至少一個(gè)漫反射表面包括在經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡上提供的或經(jīng)過(guò)經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡提供的至少一個(gè)散射背襯的至少一部分。
15.如權(quán)利要求1所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，a)至少某些標(biāo)度單元和代碼單元，以及b)標(biāo)度單元和代碼單元之間的間隔，由此二項(xiàng)中的至少一項(xiàng)定義散射表面。
16.如權(quán)利要求15所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，所述標(biāo)度包括透明襯底，在離所述讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；以及所述散射表面是在離讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供的或經(jīng)過(guò)襯底表面提供的涂覆部分。
17.一種絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，可用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)單元之間的相對(duì)位置，所述絕對(duì)位置檢測(cè)裝置包括讀出頭和絕對(duì)標(biāo)度，所述絕對(duì)標(biāo)度包括沿測(cè)量軸延伸的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括多個(gè)代碼組，可用于識(shí)別沿標(biāo)度的各個(gè)絕對(duì)測(cè)量值，每個(gè)代碼組具有沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡放置的多個(gè)獨(dú)立代碼單元，每個(gè)代碼單元在沿垂直于測(cè)量軸的方向上延伸而實(shí)質(zhì)上越過(guò)所有的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；以及安排成對(duì)應(yīng)于下面的增量間距的多個(gè)增量標(biāo)度單元，對(duì)于至少3個(gè)代碼組的距離跨度，所述增量間距沿測(cè)量軸是連續(xù)周期性的，每個(gè)增量標(biāo)度單元在沿垂直于測(cè)量軸的方向上延伸而實(shí)質(zhì)上越過(guò)所有的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；其中在沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的代碼組之間使多個(gè)增量標(biāo)度單元交錯(cuò)；以及至少某些獨(dú)立的代碼單元具有的寬度在沿測(cè)量軸的方向上要比沿測(cè)量軸的方向中的增量單元的寬度窄。
18.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，把經(jīng)交錯(cuò)的增量標(biāo)度單元安排在代碼組之間的標(biāo)度部分中的子多個(gè)中；以及沿測(cè)量軸的代碼組之間的標(biāo)度部分的長(zhǎng)度大于沿測(cè)量軸的代碼組的長(zhǎng)度。
19.如權(quán)利要求18所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，代碼組之間的至少一個(gè)標(biāo)度部分包括最大數(shù)目的完整的增量標(biāo)度單元，它根據(jù)下面的增量間距可以在該相應(yīng)的標(biāo)度部分中查找所述增量標(biāo)度單元。
20.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于所述讀出頭包括光源和可用于檢測(cè)標(biāo)度的圖象的檢測(cè)器陣列；以及沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡安排多個(gè)獨(dú)立的代碼單元以及多個(gè)增量標(biāo)度單元，致使當(dāng)讀出頭相對(duì)于標(biāo)度可操作地定位時(shí)，不管讀出頭沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的位置如何，所述標(biāo)度的所檢測(cè)圖象包括特征可用作為本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)；以及足夠數(shù)目的代碼單元，以確定本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量值。
21.如權(quán)利要求20所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，可使用所檢測(cè)圖象來(lái)確定所述讀出頭相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的偏移的測(cè)量值。
22.如權(quán)利要求20所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)器陣列包括根據(jù)沿對(duì)應(yīng)于測(cè)量軸的方向的檢測(cè)器單元間距排列的多個(gè)檢測(cè)器單元；所述讀出頭進(jìn)一步包括至少一個(gè)光學(xué)單元，來(lái)自標(biāo)度的光通過(guò)至少一個(gè)光學(xué)單元，致使放大了通過(guò)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的標(biāo)度的圖象，因此把讀出頭放大倍數(shù)賦予所檢測(cè)的圖象；以及每個(gè)代碼單元具有沿測(cè)量軸的長(zhǎng)度Lc，致使長(zhǎng)度Lc乘以讀出頭放大倍數(shù)至少是檢測(cè)器單元間距的3倍。
23.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，每個(gè)代碼組包括預(yù)定的圖案，而且對(duì)于多個(gè)代碼組中的每一個(gè)，所述預(yù)定圖案是相同的。
24.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，沿標(biāo)度的多個(gè)排序的代碼組包括多個(gè)排序的、沿標(biāo)度排序的多個(gè)數(shù)據(jù)位。
25.如權(quán)利要求24所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，可直接使用每個(gè)排序的多數(shù)據(jù)位來(lái)確定本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量值而無(wú)需參考查找表。
26.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括信號(hào)處理單元，其中，當(dāng)可操作地定位的讀出頭檢測(cè)到標(biāo)度的圖象時(shí)，可根據(jù)包括在所檢測(cè)圖象中的一個(gè)或多個(gè)代碼組，使用信號(hào)處理單元來(lái)確定本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值。
27.如權(quán)利要求26所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，可進(jìn)一步使用信號(hào)處理單元，可至少部分地根據(jù)包括在所檢測(cè)圖象中的多個(gè)代碼組來(lái)確定讀出頭相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的偏移的測(cè)量值。
28.如權(quán)利要求27所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，可進(jìn)一步使用信號(hào)處理單元來(lái)組合本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量值和讀出頭相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的偏移的測(cè)量值，以確定位置測(cè)量值。
29.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括至少一個(gè)漫反射表面。
30.如權(quán)利要求29所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，絕對(duì)標(biāo)度包括透明的襯底，在離讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；以及至少一個(gè)漫反射表面包括在經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡上提供的或經(jīng)過(guò)經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡提供的至少一個(gè)散射背襯的至少一部分。
31.如權(quán)利要求17所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于，a)至少某些標(biāo)度單元和代碼單元，以及b)標(biāo)度單元和代碼單元之間的間隔，由此二項(xiàng)中的至少一項(xiàng)定義散射表面。
32.如權(quán)利要求31所述的絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，其特征在于標(biāo)度包括透明襯底，在離讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡；以及散射表面是在離讀出頭最遠(yuǎn)的襯底表面上提供的或經(jīng)過(guò)襯底表面提供的涂覆部分。
33.一種用于測(cè)量沿絕對(duì)標(biāo)度的檢測(cè)器陣列的高分辨率位置的方法，其特征在于，所述絕對(duì)標(biāo)度包括沿測(cè)量軸延伸的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡，所述經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡包括多個(gè)代碼組，可用于識(shí)別沿所述標(biāo)度的各個(gè)絕對(duì)測(cè)量值，每個(gè)代碼組具有沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡放置的多個(gè)獨(dú)立代碼單元，并且每個(gè)代碼單元在垂直于測(cè)量軸的方向上具有越過(guò)經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的延伸部分，所述延伸部分大體上大于在沿測(cè)量軸的方向上的代碼單元的延伸部分；以及安排成對(duì)應(yīng)于下面的增量間距的多個(gè)增量標(biāo)度單元，其中，在沿經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的代碼組之間，使多個(gè)增量標(biāo)度單元交錯(cuò)，而每個(gè)增量標(biāo)度單元具有在垂直于測(cè)量軸的方向上越過(guò)經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的延伸部分，所述延伸部分大體上大于沿測(cè)量軸的方向上的增量標(biāo)度單元的延伸部分；所述方法包括使用檢測(cè)器陣列檢測(cè)對(duì)應(yīng)于當(dāng)前位置的經(jīng)組合的標(biāo)度軌跡的圖象；根據(jù)包括在所檢測(cè)圖象中的至少一個(gè)代碼組確定本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值；至少部分地根據(jù)包括在所檢測(cè)圖象中的多個(gè)增量標(biāo)度單元來(lái)確定檢測(cè)器陣列相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)器陣列的偏移的測(cè)量值；以及組合本地?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量值和相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)器陣列偏移的測(cè)量值，以確定沿絕對(duì)標(biāo)度的檢測(cè)器陣列的高分辨率定位。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于每個(gè)編碼組包括一個(gè)預(yù)定部分；以及根據(jù)至少一個(gè)代碼組確定本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值包括確定包括在至少一個(gè)至少一個(gè)代碼組中的預(yù)定部分的位置；根據(jù)所確定的預(yù)定部分的位置，確定在所檢測(cè)圖象中的代碼單元的位置；以及處理對(duì)應(yīng)于代碼單元的位置的所檢測(cè)的圖象，以確定出現(xiàn)在所檢測(cè)的圖象中的代碼單元的代碼單元值；以及根據(jù)所確定的代碼單元值確定本地?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量值。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，檢測(cè)器陣列包括在沿對(duì)應(yīng)于測(cè)量軸方向的方向上的至少一行中延伸的多個(gè)檢測(cè)器單元，所述檢測(cè)器單元根據(jù)檢測(cè)器單元間距而隔開(kāi)；以及確定相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)器陣列偏移的測(cè)量值包括按一種分辨率估計(jì)相對(duì)于檢測(cè)器陣列的本地?cái)?shù)據(jù)特征的偏移，所述分辨率在所檢測(cè)圖象中比一個(gè)距離更為精確，所述距離對(duì)應(yīng)于所檢測(cè)圖象中下面的增量間距的二分之一；按一種分辨率估計(jì)相對(duì)于檢測(cè)器陣列的多個(gè)增量標(biāo)度單元的偏移，在所檢測(cè)圖象中的所述分辨率至少如檢測(cè)器單元間距的分辨率那么精確；以及至少部分根據(jù)相對(duì)于檢測(cè)器陣列的本地?cái)?shù)據(jù)特征的偏移的估計(jì)值，以及至少部分根據(jù)相對(duì)于檢測(cè)器陣列的多個(gè)增量標(biāo)度單元的偏移的估計(jì)值，確定相對(duì)于本地?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)器陣列偏移的測(cè)量值。
全文摘要
一種絕對(duì)位置檢測(cè)裝置，可用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)單元的相對(duì)位置。絕對(duì)標(biāo)度包括沿標(biāo)度的測(cè)量軸延伸的經(jīng)組合的軌跡。經(jīng)組合的軌跡包括與多個(gè)非周期性部分交錯(cuò)的多個(gè)周期性部分。每個(gè)周期性部分包括多個(gè)周期性地放置的標(biāo)度單元。每個(gè)非周期性部分包括多個(gè)代碼單元，這些代碼單元表示絕對(duì)測(cè)量值。代碼單元可以具有長(zhǎng)度，所述長(zhǎng)度沿測(cè)量軸方向要比周期性標(biāo)度單元的長(zhǎng)度小。使相對(duì)于裝置的讀出頭的周期性地放置的單元的偏移與絕對(duì)測(cè)量值進(jìn)行組合，以確定絕對(duì)位置。
文檔編號(hào)G01D5/30GK1479077SQ0317872
公開(kāi)日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者M·內(nèi)厄姆, B·K·瓊斯, A·M·茨維林, M 內(nèi)厄姆, 瓊斯, 茨維林 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐